Killoser

  • 508 主题
  • 534 帖子
  • 5113 积分
  • 身份:版主
  • E币:2035

比回形针还轻的昆虫飞行器,有光就能自由飞!(这次没有“尾巴”了)

2019-7-9 15:30:27 显示全部楼层
飞行器是全人类的热爱,其中又以仿生飞行器最为有趣。

最近,一款,哦不,一只命名为RoboBee X-Wing(蜜蜂机器人)号称史上最轻的自主飞行器,登上了6月27日的Nature杂志封面。
32.png
一直以来,做出质量超轻的微型昆虫飞行器是一项工程学挑战。主要是由于质量超轻就必须减小负重,这对设备必备的能量和驱动部分设计带来了挑战。(所以不少昆虫飞行器都是带“尾巴”的,采用非机载的有线电源的系绳飞行。比如下图这样的。)
3232.gif
RoboBee X-Wing由哈佛大学的研究人员开发,是模拟昆虫制造的飞行机器人。重量很轻,259毫克,比一枚回形针还轻,体积也很小,翼展约3.5厘米。

最重要的是,它不需要额外电池或者引线供电。仅凭借太阳能电池,有光就能飞行。
432.jpg
上部是6块超轻的太阳能电池。可以提供120毫瓦电能。

中间是压电陶瓷转换器。

下面是控制与电能转换的电路。电路转换成200V高压脉冲,驱动压电陶瓷转换器,带动四对扑翼摆动。
1.gif
当在适当的光线下,获得足够多的电能,RoboBee X-Wing 能完成起飞和悬停。

2.gif
不过,RoboBee X-Wing依旧不完美。由于在正常日照下,目前的太阳能电池性能还不足与满足RoboBee X-Wing的需求,哈佛研究人员实验室使用了卤素灯(几倍于太阳光)来为这种昆虫飞行器提供能量。下图为飞行器实验拍摄。
1.jpg
也就是说,目前,RoboBee X-Wing只能在实验室中完美起飞和悬停。研究人员表示将进一步优化,真正实现自主飞行。

RoboBee X-Wing的更多细节:
1.jpg
RoboBee X-Wing的太阳能电池、扑翼系统和电路板
435.jpg 5345.jpg 53455.jpg
机翼的结构
2.jpg
驱动电路:
a,三个驱动波形会产生相同的扑翼运动。
b,双向反激式转换器电路。VIN是输入电压,CIN是输入电容,QL是低位开关,DL是低位二极管,LP为变压器初级绕组,LS是变压器次级绕组,QH是高位开关, DH是高位二极管,VO是输出电压。
c,完整电路,包括两个双向反激转换器,驱动两个压电陶瓷晶片。MCU中的ADC监视板A或板B的输出电压。然后将结果与期望电压V des比较,并对相应的开关产生脉冲信号。
3.jpg
驱动电信号示意图:
a,致动器横截面图,表示了电压命名,极化方向(红色箭头)和弯曲方向(蓝色箭头)。
b,对飞行器施加的实测电压。为方便比较,绘制的是理想化的扁平正弦电压信号(Vpp = 193 V,f = 174 Hz,加入8.4 V的电压偏移以匹配数据。c,相应的输入电压(V IN); V OC是光伏电池阵列的开路电压。
d,对实测数据(V diff)和理想化扁平正弦的前几个谐波的振幅比较。
4.jpg
论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1322-0/


最新评论

楼层直达:

bokes

  • 22 主题
  • 81 帖子
  • 428 积分
  • 身份:LV2 初级技术员
  • E币:235
bokes 2019-7-10 09:02:26 显示全部楼层
很好玩的样子,优化是还能在电路上优化吗? 还是光伏能效转行的提升?

测量无处不在

  • 36 主题
  • 231 帖子
  • 1200 积分
  • 身份:版主
  • E币:4246
国外大学在工程领域的创新上是牛啊!259mg也真是轻啊

MarinaHuang

  • 0 主题
  • 1 帖子
  • 113 积分
  • 身份:LV1 技术小白
  • E币:106
广告

leawise_816723039

  • 1 主题
  • 40 帖子
  • 485 积分
  • 身份:LV2 初级技术员
  • E币:413
我去过一次哈佛,顺便也在MIT里边转悠了几圈,感觉还是很受启发的。和清北的氛围有相似之处,但又非常不同。他们一直在研究0到1的问题,而清北一直在研究1到2、3的问题。这个小东西很好玩,而且暂时看不到商用价值,但是他们依然玩得乐此不疲。而且实际上,对于材料、架构能力、飞控、算法、动手能力,都是很好的锻炼。我不太觉得现在国内有这样的一群人在做这个“无聊”的事情。中国尚未成功,我辈仍需努力。加油中国!
我要评论
4
23
广告
关闭 热点推荐上一条 /2 下一条
快速回复 返回列表