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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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MIT打造微型飛行機(jī)器人，敏捷度逼近真實(shí)昆蟲 已有1人參與
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直徑4厘米、比回形針還輕、配備“果蠅”大腦 MIT打造微型飛行機(jī)器人，敏捷度逼近真實(shí)昆蟲 空中昆蟲堪稱地球上最靈活的生物，它們能精準(zhǔn)完成急轉(zhuǎn)彎、急剎車和空中翻轉(zhuǎn)。長期以來，工程師一直致力于賦予同尺寸飛行機(jī)器人或無人機(jī)類似的敏捷性。如今，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的科學(xué)家朝著這一目標(biāo)邁出了重要一步。 他們研發(fā)的微型翼展機(jī)器人的速度與特技表現(xiàn)均超越所有前代機(jī)型，甚至逼近真實(shí)昆蟲的敏捷度。12月3日，相關(guān)研究發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。 美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾分校的航空航天工程師Hoang-Vu Phan指出，這款新設(shè)備標(biāo)志著“微型機(jī)器人性能的巨大飛躍”。 “這項(xiàng)成果使該領(lǐng)域更接近真正自主、昆蟲尺寸的飛行機(jī)器人，能夠執(zhí)行現(xiàn)實(shí)世界的任務(wù)�！� 盡管近年來無人機(jī)等飛行器日益精密，但將其縮小至昆蟲尺寸卻異常棘手�！八胁考夹鑿牧汩_始設(shè)計(jì)�！闭撐淖髡咧�、MIT的工程物理學(xué)家陳宇峰（音譯）指出。微型電機(jī)效率隨尺寸縮小而降低，即使是微弱氣流擾動(dòng)，也會(huì)對(duì)撲翼和纖細(xì)關(guān)節(jié)造成負(fù)擔(dān)——為減輕重量，這些部件通常設(shè)計(jì)得纖薄而精致。真實(shí)昆蟲能毫發(fā)無損地撞擊玻璃窗并抵御強(qiáng)風(fēng)，但微型飛行機(jī)器人沒這么耐用，這是因?yàn)楹铣刹牧细緹o法與真正昆蟲身體部位的韌性相媲美。 陳宇峰團(tuán)隊(duì)在先前項(xiàng)目中已攻克許多硬件難題，成功研制出重量僅750毫克的耐用飛行器，單次續(xù)航可達(dá)1000秒。但其控制器——即指導(dǎo)機(jī)器人行動(dòng)的電子“大腦”，卻帶來新難題。為實(shí)現(xiàn)空中加速、轉(zhuǎn)向和翻轉(zhuǎn)，飛行的微機(jī)器人必須持續(xù)適應(yīng)氣流與摩擦力的微小變化，這需要一個(gè)能夠處理不確定性的高效控制器。 論文作者之一、MIT天體物理學(xué)家兼航空工程師Jonathan How通過設(shè)計(jì)管模型預(yù)測控制器（MPC）解決了這一難題。 How解釋說，管狀MPC在機(jī)器人的中心軌跡周圍創(chuàng)造了一個(gè)管狀的緩沖區(qū)，確保干擾不會(huì)把機(jī)器人撞到危險(xiǎn)的區(qū)域。 How補(bǔ)充道，該控制器真正的“核心技術(shù)”在于融入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)—— 一種模擬真實(shí)果蠅中樞神經(jīng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件或算法。這種編程使控制器能快速規(guī)劃最優(yōu)路徑，讓機(jī)器人在空中“以不會(huì)自毀的方式”進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 最終的設(shè)備直徑僅4厘米，重量比一個(gè)回形針還輕，飛行速度幾乎是現(xiàn)有微型機(jī)器人的5倍，加速速度是現(xiàn)有微型機(jī)器的兩倍。它還可以在承受每秒160厘米的陣風(fēng)的情況下進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎，最令人印象深刻的是，它可以在11秒內(nèi)完成10次連續(xù)空翻。正如Phan所指出的那樣，該機(jī)器人展示了“以前只能在真實(shí)昆蟲身上觀察到的速度、敏捷性和魯棒性”。 不過，該機(jī)器人仍存在若干局限。加拿大多倫多大學(xué)機(jī)器人學(xué)家Pakpong Chirarattananon坦言：“最突出的問題是連接線束的束縛�！彼忉尩�，由于昆蟲尺寸的電池會(huì)迅速耗盡，設(shè)備必須連接外部電源，這限制了其活動(dòng)范圍。 盡管如此，但研究團(tuán)隊(duì)還希望設(shè)計(jì)出足夠微型化的攝像頭及其他傳感器，使其能搭載在機(jī)器人上，這將使其機(jī)器人在搜救任務(wù)中發(fā)揮重要價(jià)值�！叭舭l(fā)生地震，”陳宇峰解釋道，“我們就能派遣這些微型機(jī)器人深入裂縫探測�！� 昆蟲大小的飛行機(jī)器人也被視為輔助授粉的工具，但How認(rèn)為，讓機(jī)器人降落在嬌嫩的花朵上可能過于冒險(xiǎn)。他說：“我們很想這么做，但這超出了當(dāng)前的技術(shù)水平�！� 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1126/sciadv.aea8716 |
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2樓2025-12-09 08:45:28
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