小型飛行機器人Robobee獲得了新突破

近日，由美國哈佛大學微型機器人實驗室打造的小型飛行機器人Robobee獲得了新突破——實現了在柔軟的“人造肌肉”驅動下的受控飛行，即由軟驅動器提供動力以實現受控飛行。目前。這一成果刊登在最新一期的《Nature》上。

據悉，Robobee在撞到墻壁、地板、玻璃盒子或其他機器人時，可以“幸免于難”，這得益于研究團隊開發的軟驅動器。該驅動器具有足夠高的功率密度和可控性，可以實現機器人的懸停飛行。

為了實現軟驅動機器人的受控懸停飛行，研究人員重點解決兩方面的挑戰：開發具有足夠功率密度（>200 W kg-1）的軟驅動器，并設計驅動和控制策略以解決執行非線性問題。

首先，為了解決功率密度問題，研究人員在開發的電驅動軟驅動器的基礎上進行研究，并開發了多層緊湊的DEA，其功率密度為600W kg-1，無需預應變；其次，研究人員將DEA集成到輕巧的襟翼機構中，并利用系統共振來消除由非線性換能引起的高次諧波；然后，DEA被安裝在輕型機身上，DEA的兩端連接到平面四桿變速器。同時，研究人員還設計了一個155 mg的襟翼模塊，這些模塊可以組裝成幾種配置，并展示出RoboBee各種飛行能力，如被動穩定的上升飛行和控制懸停飛行。四翼雙作動器模型可以在雜亂的環境中飛行，并在一次飛行中克服多次碰撞。

研究人員表示，為了使軟體空中機器人能夠自主飛行，未來的研究需要降低軟執行器的工作電壓，提高其功率效率，并進一步提高其功率密度。為了提高轉換效率，研究人員可能會采用電驅動軟執行器的新架構，例如電液Peano-HASEL執行器，可以使用柔性金屬電極來減少電阻損耗；為了提高功率密度，研究人員可能探索具有更高介電強度和更低粘彈性的電活性聚合物，并將其納入未來的柔軟人工飛行肌肉中。

哈佛微型機器人實驗室由Robert Wood教授建立，隸屬哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院。該實驗室擁有新型機器人設計、制備、測試的多種儀器和設備，通過實驗性的方法來開發機器人，并用于研究微機械、致動技術、流體力學、控制和微電子學中的基礎科學問題。該實驗室研究方向分為微型機器人、仿生機器人和軟體機器人三類，曾誕生過RoboBee、 HAMR、Octobot等著名的機器人系統。