“昆蟲機器人”能飛還能游
- 發(fā)布時間：2015-10-26 01:30:43 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京10月25日電 （記者房琳琳）1939年，一名俄羅斯工程師提出了“飛行潛艇”的概念，能從空中到水下實現(xiàn)無縫過渡，但幾十年來，鮮有成功的設計先例。美國哈佛大學官方網(wǎng)站最近稱，該校微型機器人實驗室將飛行潛艇的設計向前推進了一步，他們設計的飛行蜜蜂，也就是“昆蟲機器人”，既能在空中飛，也能在水中游。
設計飛行潛艇面臨著“相互沖突”的挑戰(zhàn)，飛行器需要較大機翼提供升力，而水下航行器需要減少表面積來降低阻力。哈佛大學的工程師們從角嘴海雀身上找到設計的靈感，這種華麗的喙鳥是自然界最牛的“混合動力車”，能自由地往返于空中和水下。
在德國舉行的智能機器人和系統(tǒng)國際會議上，哈佛大學微型機器人實驗室陳凱文為第一作者的相關論文被評為最佳學生論文獎。通過各種理論、計算和實驗研究，陳凱文的團隊發(fā)現(xiàn)，角嘴海雀在空氣中和水中的撲翼動力學機制非常相似，兩種情況下，翅膀都是前后擺動，唯一的區(qū)別是擺動速度。
研究團隊因此設計出首個既能飛翔又能游泳的機器蜜蜂，它比曲別針還小一些，其微型翅膀的煽動頻率可高達每秒120次。但它如此之小，分量如此之輕，根本沒辦法打破水面張力。為了克服這個障礙，機器蜜蜂會以某個角度懸停在水面，暫時關掉引擎，然后沉入水里下潛。
水的密度是機器蜜蜂面臨的第二重障礙。論文第二作者法瑞爾·赫爾博靈解釋說，水的密度是空氣的1000倍，若機器蜜蜂翅膀煽動的頻率不加調(diào)整，則很容易被毀掉。為此，研究團隊將這個頻率從每秒120次降至每秒9次，但同時保持了煽動的動力機制以及相同的鉸鏈設計。
雖然這些設計保證了機器蜜蜂從空中到水下的無縫過渡，但反過來還不行，因為從水中出來時，還不能產(chǎn)生足夠的升力，而這正是研究團隊下一步要攻克的難點。
陳凱文表示，對撲翼運動的分析并不只局限于昆蟲大小的微型飛行器，這個理論有潛力用來設計出更大的仿生機器人。
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