最小的飛行機器人借助磁鐵翱翔

一個(gè)新的原型獲得了最小、最輕的無(wú)線(xiàn)飛行機器人的稱(chēng)號。

這款無(wú)線(xiàn)機器人的翼展不到一厘米，目前在遠離驅動(dòng)飛行的磁場(chǎng)的距離方面非常有限。然而，開(kāi)發(fā)它的科學(xué)家們建議有一些方法可以擴大其范圍，這可能會(huì )導致潛在的應用，例如搜索和救援行動(dòng)、檢查工業(yè)環(huán)境中損壞的機器，甚至植物授粉。

縮小飛行機器人尺寸的一種方法是取出電池并使用系繩為它們供電。然而，系留飛行機器人在復雜環(huán)境中自由作面臨問(wèn)題。這促使一些研究人員探索為機器人飛行提供動(dòng)力的無(wú)線(xiàn)方法。

“我的夢(mèng)想是讓飛行機器人可以隨時(shí)隨地飛行，而無(wú)需使用電線(xiàn)作為電源，”加州大學(xué)伯克利分校機械工程教授 Liwei Lin 說(shuō)。Lin 和他的同事們在 Science Advances 上詳細介紹了他們的發(fā)現。

3D 打印飛行機器人設計

每個(gè)飛行機器人都有一個(gè) 3D 打印的身體，由一個(gè)帶有四個(gè)葉片的螺旋槳組成。該旋翼由一個(gè)環(huán)環(huán)繞，可幫助機器人在飛行過(guò)程中保持平衡。每個(gè)主體的頂部是兩個(gè)微小的永久磁鐵。

總而言之，昆蟲(chóng)級原型的翼展小至 9.4 毫米，重量低至 21 毫克。以前，據報道，最小的飛行機器人，無(wú)論是系留的還是非系留的，都是 28 毫米寬。

當暴露在外部交變磁場(chǎng)中時(shí)，機器人可以在沒(méi)有系繩的情況下旋轉和飛行。維持飛行所需的最低磁場(chǎng)強度為 3.1 毫特斯拉。（相比之下，冰箱磁鐵的強度約為 10 mT。

當施加的磁場(chǎng)以 310 赫茲的頻率交替時(shí)，機器人可以懸停。在 340 Hz 時(shí)，它們會(huì )向上加速。研究人員可以通過(guò)調整施加的磁場(chǎng)來(lái)橫向縱機器人。只要影響不是太大，機器人還可以在碰撞后自行扶正以保持在空中飛行，而無(wú)需復雜的傳感或控制電子設備。

實(shí)驗表明，機器人產(chǎn)生的升力可以超過(guò)其重量的 14%，以幫助它們攜帶有效載荷。例如，一個(gè)寬 20.5 毫米、重 162.4 毫克的原型可以攜帶一個(gè)重達 110 毫克的紅外傳感器來(lái)掃描其環(huán)境。事實(shí)證明，這些機器人可以有效地將賦予它們的能量轉化為升力——比幾乎所有其他已報道的飛行機器人都要好，無(wú)論是系留還是無(wú)系繩，也比果蠅和蜂鳥(niǎo)更好。

目前，這些原型的最大工作范圍距離磁線(xiàn)圈約 10 厘米。Lin 指出，擴展這些機器人工作范圍的一種方法是通過(guò)添加更多線(xiàn)圈、優(yōu)化這些線(xiàn)圈的配置以及使用波束成形線(xiàn)圈，使它們所經(jīng)歷的磁場(chǎng)強度增加十倍。這樣的發(fā)展可以讓機器人飛到離磁線(xiàn)圈一米遠的地方。

科學(xué)家們還可以進(jìn)一步使機器人小型化。這將使它們更輕，從而降低它們推進(jìn)所需的磁場(chǎng)強度?！坝锌赡苁褂秒姶挪ǎɡ鐭o(wú)線(xiàn)電或手機傳輸信號中的電磁波）來(lái)驅動(dòng)微型飛行機器人，”Lin 說(shuō)。研究人員補充說(shuō)，未來(lái)的研究還可以在機器人上安裝可以將磁能轉化為電能的設備，為電子元件供電。