鳥類和蜜蜂讓棲息看起來很容易,但製造一個可以降落在牆壁、樹枝或其他表面上,然後再重新起飛的微型飛行無人機需要大量的工作。這種微型飛行器 (MAV) 以前使用尖刺或磁性起落架,並且消耗大量寶貴的電力才能再次起飛。但來自哈佛大學、麻省理工學院和其他幾所機構的研究人員創造了一種微小的撲翼機器人,它實際上顛倒了這個問題——它的頂部像一個圓盤,可以像摩擦氣球並將其貼在牆上一樣,利用靜電吸附在大多數表面上。
這種“靜電吸附” MAV 可以透過在表面和頭部電極之間產生靜電吸引力,懸掛在木材或玻璃表面的底部,甚至樹葉上。研究人員在週四發表在《科學》雜誌上的一份報告中寫道,維持靜電連線所需的功率比保持 MAV 在空中飛行相同時間所需的功率“低三個數量級”。該報告的共同作者之一、麻省理工學院機械工程系的博士生莫里茨·亞歷山大·格勞爾說:“車輛越小,電力耗盡的問題就越大。”
能夠懸掛在結構上而不是 resting 在頂部,也為 MAV 提供了對下方區域的更清晰視野,並在長時間棲息期間提供免受極端天氣條件的保護。格勞爾說,頭朝下的靜電方法的工作原理是改變它所依附的材料的電荷分佈。這在光滑的表面上效果最好,因此無人機可以更好地吸附在諸如窗戶之類的東西上,而不是粗糙或多孔的表面上。然而,MAV 的靜電連線並不是特別牢固,這意味著無人機的重量需要大約為 84 毫克——比蜜蜂還輕。為了重新發射無人機,它會切斷圓盤中圓形銅電極的電源,並重新啟動機翼。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
正在開發的其他空中迷你無人機使用更多機械方法進行棲息。例如,斯坦福大學的 攀援無人機 使用機載感測器來檢測牆壁,然後執行空中機動,使用其腿上的微刺進行著陸和附著,根據倫敦帝國學院航空系工程教授米爾科·科瓦奇的說法。科瓦奇在本週《科學》雜誌上發表的文章分析了 MAV 飛行方面的最新進展。在能量守恆方面,正在考慮的其他想法包括利用風力來減輕電池的飛行壓力,甚至開發小型 MAV 在飛行中棲息在大型 MAV 上的方法,以便它們可以在不消耗額外能量的情況下行駛更遠的距離,科瓦奇說。
研究人員面臨的巨大挑戰仍然是整合電池和微處理器,使他們的 MAV 更加自主。當前的迷你無人機依靠電線繫繩從外部感測器傳輸電力和資料,以確定其在飛行中的位置,但研究人員希望構建一個電池供電的版本,具有足夠的機載電力和智慧,以便在不受約束的情況下飛行。他們還考慮了使無人機能夠附著在垂直表面上的可能性。吸附在牆壁上不僅需要更大的粘附力,還需要 MAV 定位自身的方法,以使其機翼不會干擾著陸。
該專案的主要投資人、哈佛大學保爾森工程與應用科學學院的教授 羅伯特·伍德 說,這種無人機可能在實驗室中還需要一兩年才能實現,並且可能需要長達十年的時間才能為更廣泛的開發和使用做好準備。“我看到了在搜救、危險環境探索中的應用——基本上是任何你想擁有低成本和分散式感測 [的] 情況,對於人類來說太困難或太危險,”伍德說。他認為,這項研究的更直接的好處將來自從零開始解決開發這種規模裝置的技術挑戰。伍德和他的同事現在使用開發的微製造技術來構建他們的 MAV,同樣也建立了用於微創手術程式的鉸接式和感測器負載的顯微外科工具。