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Science子刊:美科学家研发机器蝙蝠

摘要 : 2017年2月1日,国际顶尖学术期刊《Science》旗下《Science Robotics》杂志上在线发表了美国伊利诺大学香槟分校Alireza Ramezani研究员的一篇研究成果,研究人员报告他们模仿蝙蝠的生理结构,用新型材料制造出了这种机器蝙蝠。

2017年2月1日,国际顶尖学术期刊《Science》旗下《Science Robotics》杂志上在线发表了美国伊利诺大学香槟分校Alireza Ramezani研究员的一篇研究成果,研究人员报告他们模仿蝙蝠的生理结构,用新型材料制造出了这种机器蝙蝠。它体型较小,重约93克,翼展约47厘米,能够像蝙蝠一样飞翔。

蝙蝠的飞翔机制是动物中最复杂的之一。通常鸟类的翅膀展开后是不怎么变形的,而蝙蝠的翅膀可以改变形状,根据情况灵活飞翔。为模拟这个特征,科研人员在机器蝙蝠的肩、肘、腕和腿部都设计了可转动的关节,让机器蝙蝠能够以多种方式调整飞行姿态。

关键的一点是,真蝙蝠的翅膀弹性很好,需要用合适的材料来模拟它。由于传统的尼龙织物等材料弹性都不足,科研人员专门研发出了一种基于硅的新材料,制成只有56微米厚的薄膜,作为机器蝙蝠的翅膀。在机器蝙蝠飞行时,它的翅膀会像真蝙蝠的翅膀那样变形凹陷,兜入一些空气,在随后拍打翅膀时凹陷又会恢复原状,将其中空气放出,从而产生更大的升力。

研究人员说,机器蝙蝠与普通的无人机相比,不仅能耗更低,飞行也更灵活。在无人机不方便飞行、可能发生碰撞的某些环境中,机器蝙蝠能够发挥独特的作用。不过,机器蝙蝠还没有掌握真蝙蝠另一项绝技——回声定位,目前它还依赖视觉传感器来感知周围环境。今后,科研人员将对它进行多方面的改进。

原文链接:

A biomimetic robotic platform to study flight specializations of bats

原文摘要:

Bats have long captured the imaginations of scientists and engineers with their unrivaled agility and maneuvering characteristics, achieved by functionally versatile dynamic wing conformations as well as more than 40 active and passive joints on the wings. Wing flexibility and complex wing kinematics not only bring a unique perspective to research in biology and aerial robotics but also pose substantial technological challenges for robot modeling, design, and control. We have created a fully self-contained, autonomous flying robot that weighs 93 grams, called Bat Bot (B2), to mimic such morphological properties of bat wings. Instead of using a large number of distributed control actuators, we implement highly stretchable silicone-based membrane wings that are controlled at a reduced number of dominant wing joints to best match the morphological characteristics of bat flight. First, the dominant degrees of freedom (DOFs) in the bat flight mechanism are identified and incorporated in B2’s design by means of a series of mechanical constraints. These biologically meaningful DOFs include asynchronous and mediolateral movements of the armwings and dorsoventral movements of the legs. Second, the continuous surface and elastic properties of bat skin under wing morphing are realized by an ultrathin (56 micrometers) membranous skin that covers the skeleton of the morphing wings. We have successfully achieved autonomous flight of B2 using a series of virtual constraints to control the articulated, morphing wings.

来源: Science Robotics 浏览次数:1

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