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哈佛的这只“蜜蜂”机器人游泳潜水全都会,还能轻松破水而出
爱因斯坦 2017-10-29
导语

飞行潜水机器人RoboBEES比其他同类机器人要轻1000倍,在潜入水中后能自驱安全着陆。可以用在搜寻搜救、环境监测、生物学习等领域。

RoboBee是哈佛大学Wyss研究所发明的一个微型飞行机器人,项目在2013年首次亮相,当时的RoboBee还只能起飞和飞行。

现在,这只小“蜜蜂”get的最新技能是游泳、潜水,然后自行从水中飞出并在附近安全着陆。

对我们来说,把手或者其他身体部位抬离水面是一件很容易的事情,但对于像昆虫那样小的东西来说这就是一个很大的挑战了,因为水的表面张力会阻碍它们从水中穿出。

想象我们正在给一个杯子加水,在水平面高过玻璃杯沿的时候,水依旧不会落下。将落未落时的水面就像紧紧裹着一层水膜,拉着水不让它流下去,这就是液体的表面张力。正是因为这种张力的存在,有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走。

而RoboBee的重量仅为175毫克(是一美分硬币重量的十四分之一)。对于这种尺寸的机器人来说,液体表面的张力是它重量的10倍。用哈佛大学工程学教授罗伯特·伍德(Robert Wood)的话说就是“来自液体表面张力的力量就像是一个不可穿透的墙壁。

图:重新设计的RoboBee有四个浮力支架和一个中央气室。(图片来源:哈佛工程与应用科学学院)

为了解决这个问题,哈佛大学的研究人员为RoboBee配备了一个方形的中央气室,这个气室相当于就是一个小型的“可燃火箭”,可以支撑它打破水面张力。

具体的原理是,RoboBee气室内的电解板会将水分解成氢气和氧气,然后将它们混合在一起,使之易于燃烧。一旦氢氧化合物混合足够,内部微小的火花塞就会被烧完。随后气体点燃,机器人就可以被弹出水面。

Science Robotics期刊用了一句话形容这个过程:RoboBee像是有了弹道。

从水中射出后,RoboBee的“翅膀”可以控制自身的运动轨迹,之后安全着陆在茶杯附近或者其他地方。

不过由于重新设计的RoboBee尺寸有限,没有多余的空间安装复杂的传感器或其他指令系统,所以尽管它可以飞,也能在水面行走自如并自行破水而出,但是目前还不能被我们远程控制,而且也不能像真正的蜜蜂那样执行一些有意义的任务,比如给农作物授粉。

我们希望,RoboBee在自身重量和水面张力的协调表现可以给之后多功能微型机器人设计带来启发,也希望这款蜜蜂机器人未来可以移动到复杂的地形去帮我们执行各种任务,”研究人员Yufeng Chen在哈佛大学官网发布相关新闻时说。

文章链接:

Yufeng Chen, et al, "A biologically inspired, flapping-wing, hybrid aerial-aquatic microrobot," Science Robotics 25 Oct 2017:
Vol. 2, Issue 11, eaao5619, DOI: 10.1126/scirobotics.aao5619

(本文来源:北青网;)

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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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