科学家借助3D打印技术开发蝙蝠飞行机器人
日前，伊利诺伊大学的几位工程学教授与布朗大学生物学教授共同合作，正在使用3D打印技术开发一种蝙蝠机器人以监控建筑工地，目前该研究项目已经获得美国国家科学基金会（NSF）150万美元的研究拨款。“建筑施工项目是复杂的，它们往往很少完全按照您期望的方式进行。”伊利诺伊大学工程学教授Seth Hutchinson说。“要跟踪建筑是否在正确的时间里以正确的方式搭建起来并不是一件很容易的事情。我们的蝙蝠（机器人）会在建筑工地周围盘旋，将正在实际建设中的建筑与建筑信息模型进行对比。”
为此，Hutchinson与该校的宇航工程助理教授Soon-Jo Chung、航空航天助理教授教授Timothy Bretl、土木和环境工程助理教授 Mani Golparvar-Fard组成了一个强大的研究团队。此外他们还跟布朗大学的 Kenneth Breuer和Sharon Swartz教授进行合作，这两支研究团队共同向美国国家机器人计划（NRI）提交了提案，为此在伊利诺伊大学团队获得的150万美元研究资助之外，布朗大学的研究人员又获得了70万美元的资助。该项目的资金已经于去年8月到位，Hutchinson认为他们能够在明年夏天结束之前完成原型的设计。
来自布朗大学的Breuer和Swartz在蝙蝠飞行的研究领域都是世界知名的专家，他们的研究将提供蝙蝠在扑翼飞行过程中的详细细节。而伊利诺伊大学的工程师计划利用这些信息，并将其用到蝙蝠机器人的设计中去。“Breuer和Swartz教授将为我们提供对蝙蝠两翼运动研究的实际数据以及告诉我们蝙蝠是如何做到倒挂在天花板上的”Chung教授说。“在控制和动力学方面他们会提供很多非常重要的数据。”
据介绍，科学家们之所以选择研发模拟蝙蝠飞行的机器人，主要是因为后者在飞行过程中具有无与伦比的敏捷性和机动性。“蝙蝠的翅膀就像一个橡胶膜。”Hutchinson说。“当蝙蝠扇动翅膀时，它就会充满空气并且变形。然后当翅膀运动到终点时，该橡胶膜就排出空气，使其弹回到原来的位置。”Chung之前就在致力于开发可飞行的有翼机器人，不过这些机器人主要模仿的是鸟类的飞行。这个项目是他以前工作的延续，但蝙蝠的飞行模式要比鸟类更复杂。
与我们通常看到的类似直升机的旋翼无人机相比，这种蝙蝠机器人的能耗更低，因此飞行时间更长，因为他们主要依靠空气动力学进行滑行，而非永远在旋转的螺旋桨。“原则上，它可以在空中盘旋很长时间而不会使用太多能量。而四旋翼无人机为了停在空中只能永远不停地燃烧能量。”Hutchinson说。
除此之外，这种旋翼飞机快速旋转的叶片对于建筑工地上的人和一般员工来说都是一种威胁。Chung希望通过应用像蝙蝠机器人这样的软翅飞行机器人，来避免工作人员不小心与机器人碰上时可能造成的损伤。到目前为止，该研究项目已经获得了很不错的进展。从下面的视频中我们可以看到，科学家们借助3D打印的部件来模拟蝙蝠翅膀的结构，并在上面安装了一个内置的微型计算机、一个6自由度惯性测量单元（IMU）以及五个带编码器反馈的直流电动机来拍动翅膀，其它还包括动力和通信部件、碳纤维的支架等。目前该蝙蝠机器人的重量只有92克，已经可以实现不对称机翼折叠和腿/尾控制的飞行。
（编译自伊利诺伊大学）
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