哈佛工程師開發出第一個空中水生微型機器人

在工程師工程與應用科學學院(SEAS)的哈佛大學約翰·保爾森A.學校和威斯研究所生物哈佛大學的啟發工程開發了首次空中和水生昆蟲能規模的機器人，為未來的空中對決鋪路水上機器人車輛。

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新的航空水上機器人是“Robobee”的改編版，這是一種微型機器人，它比Wyss研究所成員Robert Wood在Wyss研究所開發的回形針更小。新的機器人像昆蟲一樣飛行和盤旋，現在也可以在水下游泳。

設計功能性水上運載工具的最大挑戰是設計要求相互矛盾：飛行器需要大翼等機翼或風帆才能產生升力，而水下車輛需要盡量減少表面積以減少阻力。

為了解決這個問題，工程師們從海鸚中獲取了一條線索 - 海鸚是大自然中最擅長的混合動力機車之一，采用類似的拍打動作，通過空氣和水來推動自己潛水。

“通過各種理論，計算和實驗研究，我們發現，撲推進的機制實際上是在空氣和水非常相似，”凱文·陳，一名研究生在哈佛微機器人實驗室的SEAS說。“在這兩種情況下，機翼都來回移動。唯一的區別是機翼襟翼的速度。“

這項新研究最近在德國智能機器人和系統國際會議的一篇論文中提出，其中第一作者陳先生接受了最佳學生論文獎。該論文由SEAS / Wyss研究生Farrell Helbling，SEAS / Wyss博士后研究員Nick Gravish和Kevin Ma以及Robert J. Wood共同撰寫，他是哈佛微機器人實驗室的創始人，查爾斯河工程與應用教授SEAS的科學學院，以及Wyss學院的核心教員。

為了實現從空氣到水的過渡，該團隊首先必須解決表面張力問題。RoboBee是在Wood實驗室設計的，體積小，重量輕，不會破壞水的表面張力。為了克服這個障礙，RoboBee以一定角度在水面上盤旋，瞬間關掉它的翅膀，并毫不客氣地撞到水中以便下沉。

接下來，該團隊必須考慮到水的密度增加。“如果我們不調整其拍打速度，水的密度幾乎是空氣的1000倍，并且會使機翼脫離RoboBee，”該論文的第二作者Helbling說。

該團隊將機翼速度從每秒120襟翼降低到9 but但保持了撲翼機構和鉸鏈設計相同。游泳RoboBee通過調整機翼的行程角來改變方向，就像在空中一樣。像飛行版一樣，它仍然與電源相連。該團隊通過使用去離子水并用膠水涂覆電氣連接來防止RoboBee短路。

雖然這款RoboBee可以從空氣無縫移動到水中，但它還無法從水轉變為空氣。Chen表示，解決這一設計挑戰是研究的下一階段。

“這項研究真正令人興奮的是，我們對撲翼運動的分析不僅限于昆蟲比例的車輛，”陳說。“從毫米級的昆蟲到計量尺度的魚類和鳥類，撲動運動跨越了各種尺寸。這種策略有可能適應更大的水上機器人設計。“

“Biobopired機器人，例如RoboBee，是進行大量有趣實驗的寶貴工具 - 在這種情況下，用于在不同流體中拍打箔片的流體力學，”Wood說。“這一切都得益于構建復雜設備的能力，這些設備忠實地再現了感興趣的有機體的某些特征。”