微型飞行机器人利用折纸科学像落叶一样飞行

最新的折纸机器人可以在从无人机上落下后的几毫秒内改变形状。
Robotic origami microflier
华盛顿大学的研究人员开发了小型机器人设备,这些设备可以在下降过程中“卡扣”成折叠状态,从而改变其在空中的移动方式。Mark Stone/华盛顿大学

折纸 启发另一个机器人 —— 在这种情况下,一个机器人可以在从无人机上落下后动态改变形状,以便在滑翔穿过空气的同时收集环境数据。正如发表在 Science Robotics 杂志上的一项新研究详细介绍的,华盛顿大学的研究人员依靠传统的 Miura-ori 折叠方法 (本身就受到叶子几何图案的启发)来支撑他们新的“微型飞行器”。

根据该研究的联合高级作者、华盛顿大学计算机科学与工程学副教授 Vikram Iyer 的说法,微型飞行器首先以未展开的扁平状态“混乱地”从无人机上落下,很像榆树叶的下降。利用微小的车载压力传感器来测量高度,以及计时器和蓝牙信号,机器人随后在空中变形,以改变气流对其新结构的影响。这使得它能够更稳定地下降,就像枫叶的下降一样。

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“使用折纸为微型飞行器开辟了新的设计空间,”Iyer 在 华盛顿大学的公告 中表示。“这种高度节能的方法使我们能够对微型飞行器的下降进行无电池控制,这以前是不可能的。”

由于微型飞行器的重量很轻——大约 400 毫克,或者说只有钉子重量的一半——机器人从 40 米(131 英尺)的高度落下时,已经可以跨越一个足球场的长度。无电池、太阳能驱动的致动器在可定制的时间启动,以控制其形状如何以及何时与周围空气相互作用,从而控制方向下降。研究人员认为,在不同时间展开机器人可以实现更大的分布区域,并且折叠只需 25 毫秒即可启动,因此时间可以非常精确。尽管目前的机器人只能向一个方向过渡,但研究人员希望未来的版本能够向两个方向过渡,从而在湍流天气中实现更精确的着陆。

Time lapse image of origami microflier changing shape during descent

该团队认为,这种微型飞行器可以轻松部署为环境和大气监测中有用的传感器。目前的型号可以通过蓝牙信号将空气温度和压力数据传输到 60 米(196 英尺)以外的距离,但研究人员认为其覆盖范围和功能在未来都可以得到扩展。

折纸正越来越多地启发新的、富有创意的机器人。今年早些时候,加州大学洛杉矶分校的研究人员 开发了柔性“机械机器人”,它们可以挤进极其狭窄的环境。与此同时,折纸艺术的原理在工程和建筑进步方面展现出 巨大潜力,例如麻省理工学院最近在汽车、飞机和航天器方面开发的折纸启发式板格设计。

 

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