新的RoboBee飞行潜水游泳并爆炸出水面周辰俙

新的RoboBee飞行，潜水，游泳并爆炸出水面

我们已经看到RoboBees可以飞行，粘在墙壁上并潜入水中。现在，准备好混合动力RoboBee，它可以飞行，跳入水中，游泳，将自己推离水面并安全着陆。

新的浮动装置使这种多功能的空气-水微型机器人能够在内燃系统点火之前将其稳定在水的表面上，以将其推回空气中

这种最新一代的RoboBee的重量比以前的任何空转水机器人都轻1000倍，可用于从搜索和救援行动到环境监测和生物学研究的众多应用。

这项研究在《科学机器人》中进行了描述。它由来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院和哈佛大学怀斯生物启发工程学院的科学家团队领导。

“这是第一款能够在复杂环境中反复移动的微型机器人，”陈玉峰说。他是该研究的SEAS微型机器人实验室的研究生，该论文的第一作者。“我们设计了新的机制，使车辆可以直接从水过渡到空气，这超出了昆虫界自然界可以实现的范围。”

设计一个毫米大小的机器人，它可以进出水中，这面临着许多挑战。首先，水的密度是空气的1000倍，因此机翼拍打速度在两种介质之间必须相差很大。如果拍打频率太低，RoboBee将无法飞行。如果过高，机翼会在水中折断。

空气-水混合微型机器人在室内使用了一个新颖的微型火花器，将气体点燃，将RoboBee推出水面。机器人旨在被动地稳定空气，因此它始终会落在脚上。图片来源：陈玉峰/哈佛大学SEAS

通过将理论模型和实验数据相结合，研究人员发现了翼形和拍打速度的金翅雀组合，缩放了设计，使蜜蜂可以在空气和水中重复运行。使用这种多模式机车策略，机器人可以在空中以220至300赫兹和在水中以9至13赫兹拍打翅膀。

团队必须解决的另一个主要挑战：在毫米级别，水的表面也可能是一堵砖墙。表面张力是RoboBee重量的10倍以上，是其最大升力的三倍。先前的研究表明，撞击和锋利的边缘如何破坏RoboBee进入水中的表面张力，但问题仍然存在：它如何再次退出？

为了解决该问题，研究人员对RoboBee进行了改造，安装了四个浮力支腿和一个中央集气室。一旦RoboBee游到水面，室内的电解板会将水转化为氢氧，一种可燃气体燃料。

“由于RoboBee的有效负载能力有限，它无法携带自己的燃料，因此我们不得不想出一种创新的解决方案来利用环境资源，” Microrobotics Lab的研究生兼合著者Elizabeth Farrell Helbling说的纸“表面张力是我们要摆脱水面所必须克服的东西，也是在集气过程中可以利用的一种工具。”

气体增加了机器人的浮力，将机翼推出水面，漂浮物将RoboBee稳定在水面上。从那里，室内的一个微小的新颖火花将气体点燃，将RoboBee推出水面。机器人旨在被动地稳定空气，因此它始终会落在脚上。

“通过修改车辆设计，我们现在能够举升以前RoboBee的有效载荷的三倍以上，” Chen说。“这种额外的有效负载能力使我们能够携带更多的设备，包括气室，电解板，火花塞和浮力支腿，使混合动力机器人的总重量达到175毫克，比以前的设计重90毫克。

我们希望我们的产品能够研究权衡和表面张力等折衷的工作可以激发未来的多功能微型机器人-可以在复杂地形上移动并执行各种任务的微型机器人。”

由于机载传感器的缺乏和当前运动跟踪系统的局限性，RoboBee尚无法从水上推进时立即飞行，但该团队希望在以后的研究中对此进行更改。

“ RoboBee代表了一个平台，在这里，力量与我们在人类规模上所经历的力量有所不同，”哈佛大学查尔斯河工程与应用科学教授，怀斯学院核心学院教授，资深作者罗伯特伍德说。的纸。“飞行时，机器人感觉就像是在踩水；游泳时，感觉就像被糖蜜包围。

表面张力产生的力就像一面难以穿透的墙。这些小型机器人为我们提供了探索这些非直觉现象的机会。非常丰富的方式。”

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