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首款机械苍蝇胜利起飞

2019-05-19 18:09 来源:网易探究 提交:poster

哈佛大学的几名研究职员在最新出版的《科学》杂志上,申报了这一研究效果。颠末十多年研制,世界上首款机械苍蝇在哈佛胜利起飞,这小东西拥有弘大的潜力,此中包含环境监测、给农作物授粉和修建物中的营救搜索工作等。

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苍蝇可以或许或许轻易地避开苍蝇拍,也可以或许或许停在随风飘摇的物体外面上。一些研究表明,昆虫翅膀扇动时的微小变更,可以或许或许发生足够的扭转运动,使得它咱咱们能疾速转弯。在试验室里,科学家开端制作机械人模仿昆虫飞行。虽然这可以或许或许更好得懂得昆虫飞行的细节,但实际做起来却很艰难。
机械苍蝇
 
尽管没有介入此次试验,但华盛顿大学西雅图分校的生物工程师迈克尔•迪金森(Michael Dickinson)表示:“多年来,人咱咱们不停在试图打造如许的拍打器械。”
 
根据飞行能源学,阻力和摩擦力对小规模元件影响很大。因此,很多大型机械人的组件,比如齿轮和滑轮就无法适用于微型飞行器。
 
哈佛大学的罗伯特•伍德(Robert Wood)和共事不得不即兴创作组件,来晋升微型飞行机械人的主干、翅膀和飞行肌的机能。他咱咱们将具有压电机能的陶瓷资料利用于飞行肌,这意味着资料可以或许或许跟着磁场变更而停止伸缩。研究者在碳纤维骨架上植入两组飞行肌,颠末过程塑性铰将它咱咱们衔接在骨架的顶端,且每组器件都只要硬币那么小。
 
振荡电场使得压电性肌肉收缩,让翅膀拍打起来。颠末过程改变电场的强度或频率,可使飞行机械人以分歧的强度和频率拍打翅膀。研究职员编写的程序可阐明机械人实时视频所传达的信息,还可以或许或许批示翅膀什么时候扇动。
 
伍德和共事整整花了十年,才让一个机械人飞起来。伍德说,去年夏天的一个晚上,在凌晨3点的时候,他的一个门生发邮件给他,奉告他“一个超酷的视频”。讲的是一个机械人起飞,盘旋和短暂的飞行过程。自那以后,研究者咱咱们就制作了有数个原型,赓续地对它咱咱们停止改良和测试。
 
机能最佳的飞行机械人翅膀,一秒钟内可拍打120次,几乎就像真的苍蝇一样。机械人大约必要19豪瓦特的能量,相当于同等大小昆虫飞行时消耗的能量。研究者表示,在机械人坠落之前,它可以或许或许盘旋,定点前进后退,在空中停留20多秒。
 
伍德指出,其重要局限是:这些机械人没有附带的能源装配、传感器和节制器,所以它咱咱们总要停止充电。迪金森还指出,与真正的苍蝇相比,机械人翅膀的扇动还不够复杂精细。
 
“这是一个令人激动的提高,”迪金森说,“但是它也表明,在工程师咱咱们造出真正的自立飞行机械人之前,另有很长的路要走。”(想要对微型飞行机械人了解更多,请阅读《全球科学》2012年第4期《机械蜜蜂的群体聪慧》一文)
 
 
 
压电资料制“飞行肌肉”
 
要想制作如许小的机械苍蝇并不容易。它的设计灵感来自苍蝇仿生学。苍蝇机械人拥有极薄的翅膀和由压电晶体(这类晶体,当对其挤压或拉伸时,它的两端就会发生分歧的电荷)制成的“飞行肌肉”。
 
根据飞行能源学,阻力和摩擦力对小规模元件影响很大。因此,很多大型机械人的组件,比如齿轮和滑轮,就无法适用于微型飞行器。
 
罗伯特·伍德和共事不得不创作组件,来晋升微型飞行机械人的主干、翅膀和飞行肌的机能。
 
研究者在碳纤维骨架上植入两组飞行肌,颠末过程塑性铰将它咱咱们衔接在骨架的顶端。颠末过程改变电场的强度或频率,可使飞行机械人以分歧的强度和频率拍打翅膀。
 
实时传达视频信息
 
一组该机械苍蝇的图片显示,在四条“腿”的支撑下,机械人能安稳站立。白而薄的翅膀,前端的脑袋上另有一个类似于触角的装配,机械人身体大小与硬币相差无几。
 
伍德和共事整整花了十年光阴,才让一个苍蝇机械人飞起来。和真正的苍蝇一样,这些翅膀可自力运动、旋转和拍打。拍打翅膀发生向下气流,使苍蝇机械人升到空中。研究职员编写的程序可阐明机械人实时视频所传达的信息,还可以或许或许批示翅膀什么时候扇动。
 
 
翅膀扇动频率接近真苍蝇
 
苍蝇拥有极其独特且灵巧的飞行举动,比如敏捷地躲避苍蝇拍,苍蝇高超的飞行身手也不停难以在试验室中加以复制。如今,首款机械苍蝇的胜利研制和起飞,得益于在资料和加工技术等方面获得的打破。
 
电子苍蝇体重只要80毫克,翼展3厘米,因为应用了超薄层资料,从而使其可以或许或许一秒钟扇动翅膀120次——频率几乎接近真苍蝇,快到肉眼几乎无法看清楚。
 
在试验室飞行测试中,机械苍蝇展现了稳固、可控的飞行机能,目前能连续飞行超过20秒。有意思的是,它飞行时的消耗功率大约19毫瓦,与真苍蝇的消耗大体同等。
 
该项目卖力人、哈佛大学罗伯特·伍德认为,其实是大自然创造了这个世界上最完善的飞行器,苍蝇机械人的灵感恰是来源于自然造化。
 
 
原文链接:http://www.sciencenews.org/view/generic/id/350138/description/Winged_robots_may_shed_
light_on_fly_aerobatics 


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