哈佛工程师开发出第一个空中水生微型机器人

在工程师工程与应用科学学院(SEAS)的哈佛大学约翰·保尔森A.学校和威斯研究所生物哈佛大学的启发工程开发了首次空中和水生昆虫能规模的机器人，为未来的空中对决铺路水上机器人车辆。

​

新的航空水上机器人是“Robobee”的改编版，这是一种微型机器人，它比Wyss研究所成员Robert Wood在Wyss研究所开发的回形针更小。新的机器人像昆虫一样飞行和盘旋，现在也可以在水下游泳。

设计功能性水上运载工具的最大挑战是设计要求相互矛盾：飞行器需要大翼等机翼或风帆才能产生升力，而水下车辆需要尽量减少表面积以减少阻力。

为了解决这个问题，工程师们从海鹦中获取了一条线索 - 海鹦是大自然中最擅长的混合动力机车之一，采用类似的拍打动作，通过空气和水来推动自己潜水。

“通过各种理论，计算和实验研究，我们发现，扑推进的机制实际上是在空气和水非常相似，”凯文·陈，一名研究生在哈佛微机器人实验室的SEAS说。“在这两种情况下，机翼都来回移动。唯一的区别是机翼襟翼的速度。“

这项新研究最近在德国智能机器人和系统国际会议的一篇论文中提出，其中第一作者陈先生接受了最佳学生论文奖。该论文由SEAS / Wyss研究生Farrell Helbling，SEAS / Wyss博士后研究员Nick Gravish和Kevin Ma以及Robert J. Wood共同撰写，他是哈佛微机器人实验室的创始人，查尔斯河工程与应用教授SEAS的科学学院，以及Wyss学院的核心教员。

为了实现从空气到水的过渡，该团队首先必须解决表面张力问题。RoboBee是在Wood实验室设计的，体积小，重量轻，不会破坏水的表面张力。为了克服这个障碍，RoboBee以一定角度在水面上盘旋，瞬间关掉它的翅膀，并毫不客气地撞到水中以便下沉。

接下来，该团队必须考虑到水的密度增加。“如果我们不调整其拍打速度，水的密度几乎是空气的1000倍，并且会使机翼脱离RoboBee，”该论文的第二作者Helbling说。

该团队将机翼速度从每秒120襟翼降低到9 but但保持了扑翼机构和铰链设计相同。游泳RoboBee通过调整机翼的行程角来改变方向，就像在空中一样。像飞行版一样，它仍然与电源相连。该团队通过使用去离子水并用胶水涂覆电气连接来防止RoboBee短路。

虽然这款RoboBee可以从空气无缝移动到水中，但它还无法从水转变为空气。Chen表示，解决这一设计挑战是研究的下一阶段。

“这项研究真正令人兴奋的是，我们对扑翼运动的分析不仅限于昆虫比例的车辆，”陈说。“从毫米级的昆虫到计量尺度的鱼类和鸟类，扑动运动跨越了各种尺寸。这种策略有可能适应更大的水上机器人设计。“

“Biobopired机器人，例如RoboBee，是进行大量有趣实验的宝贵工具 - 在这种情况下，用于在不同流体中拍打箔片的流体力学，”Wood说。“这一切都得益于构建复杂设备的能力，这些设备忠实地再现了感兴趣的有机体的某些特征。”