受昆虫启发的机器人最多可以飞行9分钟

韩国Konkuk大学的研究人员最近创造了一种飞行机器人KUBeetle-S，该机器人的灵感来自一种名为Allomyrina dichotoma的有角甲虫，该甲虫是地球上最大的昆虫之一。拟南芥(Allomyrina dichtoma)重约5至10 g，其翼负载为40 N / m2，与平均昆虫翼负载相比(通常约为8 N / m2)非常高。

“为模仿甲虫的飞行，我们首先开发了一种拍打翼机构，该机构可以产生较大的拍打角并产生升力来补偿KUBeetle-S的重量，就像它从中汲取灵感的有角甲虫一样，” Hoon Cheol Park教授进行这项最新研究的研究人员之一，告诉TechXplore。“由于与传统的飞行器不同，KUBeetle-S的机尾没有配备操纵面，因此其扑翼必须只能在扑翼运动的中间改变其机翼运动来产生控制力矩。”

Park教授和他的同事安装在KUBeetle-S内的控制力矩发生器可以将机器人的机翼行程平面更改为右，左，前和后，从而最终能够根据需要重定向其垂直升力并同时生成控制力矩。该发电机与轻型伺服电机机械集成，也可以通过控制板和基于研究人员开发的算法的反馈控制系统进行电子控制。

就像它从中汲取灵感的有角的甲虫一样，最早在《国际微型航空器杂志》上发表的KUBeetle-S可以在包括悬停飞行在内的多种运动风格之间切换，其令人印象深刻的高冲程振幅超过180度。在arXiv上预发表的最新论文中，研究人员还能够使用低压电源显着改善其飞行耐久性。

帕克教授解释说：“我们最近在arXiv上发表的论文的主要目的是延长KUBeetle-S机器人的飞行时间或耐力。”“我们能够通过选择空气动力学效率高的机翼并扩大机翼面积，使机翼载荷与真实甲虫的载荷相匹配，从而延长机器人的使用寿命。特别是，内侧机翼区域被切掉了。”

除了提高机器人机翼的升力和升力比外，Park教授及其同事采用的设计策略还降低了总输入电压。此外，它们还允许研究人员在机器人电机的工作范围内使用单个LiPo电池，通过低压电源运行KUBeetle-S。

研究人员进行了一系列测试，以评估采用这些新设计策略时KUBeetle-S的性能和耐久性。他们发现，低电压操作可防止驱动电机过热，从而增强了机器人的耐用性。

参与这项研究的另一位研究员Hoang Vu Phan对TechXplore表示：“我们的机器人的另一个主要优势是重量轻。”“由于我们在先前的工作中报告了简单但有效的控制机制，我们可以使用微型伺服器来减轻重量。15.8克KUBeetle-S是迄今为止最轻的两翼机器人，可以在所有机载上维持自由的受控飞行组件。”

在研究人员的前一篇论文中介绍的KUBeetle-S的第一个版本重16.4克，由两节LiPo 7.4 V电池供电。通过改变和扩大机器人的机翼，研究人员能够将其重量降低到15.8克，从而将其总飞行时间从三分钟缩短到将近九分钟。

帕克教授说：“我们的研究结果表明，找到一个空气动力学高效的机翼对于延长飞行机器人的续航能力至关重要。”“我们还发现，当KUBeetle-S的机翼负荷接近真正的甲虫时，它可以飞行更长的时间，这表明机翼负荷是一个重要的参数，即使我们模仿大自然的飞行者。”

Park，Phan博士及其同事引入的新策略除了提高机器人的耐用性并增加其飞行时间外，还允许其向任意方向移动，在户外飞行并携带额外的有效载荷。这些品质使机器人更适合于许多实际应用，例如将物体从一个地方移动到另一个地方。

将来，KUBeetle-S还可用于研究昆虫并更好地了解其运动背后的机制，例如苍蝇经常观察到的快速倾斜转弯。由于体积小，它甚至可能被部署在自然栖息地中以收集昆虫和其他野生动植物的镜头，或用于执行秘密军事任务。

潘说：“在接下来的研究中，我们将专注于进一步延长机器人的飞行时间，并安装用于飞行的机载视觉系统。”“我们还计划看看是否可以改善飞行过渡期间的稳定性，例如，将其从快进飞行变为悬停，以及在存在风干扰的情况下提高机器人的飞行敏捷性。最终目标是自主飞行KUBeetle-S。”

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