在机器人研究中，大自然一直是科学家们取经的对象。韩国建国大学的研究人员最近创造了一种会飞的机器人KUBeetle-S，灵感来自一种叫做独角仙（Allomyrina dichotoma，双叉犀金龟）的昆虫，它是地球上最大的昆虫之一。独角仙重约5 - 10克，翅膀载荷为40 N/m2，与昆虫翅膀的平均载荷(通常约8 N/m2)相比，已经相当之高了。
“模仿甲虫的飞行,我们首先开发了一个扑机制,可以创建一个大型扑角度和产生振补，以偿KUBeetle-S的重量，就像它的灵感来自角甲虫。”领导这一研究的Hoon Cheol Park教授表示，“由于KUBeetle-S没有在尾部安装控制面，不像传统的飞行器，它的拍动翅膀只能在拍动过程中改变翅膀的运动学来产生控制力矩。”
Park教授和他的同事在KUBeetle-S中安装的控制力矩发生器可以改变机器人的机翼扑向左、右、前、后，最终实现它的垂直升力的改变方向，同时产生控制力矩。该发电机与轻型伺服电机机械集成，也可以通过控制板和基于研究人员开发的算法反馈控制系统进行电子控制。
就像它的灵感来源角甲虫一样，首次出现在《国际微型飞行器杂志》上的KUBeetle-S能在多种运动方式之间切换，包括悬停飞行，其冲程振幅高达180度。在最近发表在预印本arXiv上的一篇论文中，研究人员还能够通过使用低压电源显著提高它的飞行续航力。
“我们最近预发表在arXiv上的论文的主要目的是延长KUBeetle-S机器人的飞行时间或耐力。”Park教授解释道，“我们选择了一副空气动力学效率高的翅膀，并扩大了翅膀面积，使之更像真正的昆虫，从而延长了机器人的耐力。特别是，内侧机翼区域被去除了。”
除了提高机器人翅膀的升力和升力功率比，Park教授和他的同事采用的设计策略降低了整体输入电压。此外，这允许研究人员在机器人马达的工作范围内使用单个LiPo电池，在一个低电压电源下操作KUBeetle-S。
当使用这些新的设计策略时，研究人员进行了一系列的测试来评估KUBeetle-S的性能和耐久性。他们发现，低电压操作可以防止驱动电机过热，增强机器人的耐力。
“我们机器人的另一个关键优势是它重量轻。”参与这项研究的另一位研究员Hoang Vu Phan表示，“由于我们在之前的工作中报告的简单而有效的控制机制，我们可以使用微小的伺服器来减轻重量。重量15.8克的KUBeetle-S是目前为止最轻的双翼机器人，它可以在所有机载部件的情况下自由控制飞行。”
第一个版本的KUBeetle-S重量为16.4g，由一个两个LiPo 7.4 V电池供电。通过改变和扩大机器人的翅膀，研究人员能够将其重量降至15.8克，将其总飞行时间从3分钟提高到近9分钟。
“我们的研究结果表明，找到一种空气动力效率高的机翼对于延长飞行机器人的续航能力至关重要。” Park教授说，“我们还发现，当KUBeetle-S的翅膀载荷接近真正的昆虫时，它能飞得更久，这表明翅膀载荷是一个重要的参数，即使当我们模拟自然界的飞行时也是如此。”
除了提高机器人的耐力和增加它的飞行时间，Park、Phan和他们的同事们引入的新策略允许它向任何方向移动，在户外飞行，并携带额外的有效载荷。这些特性使机器人更适合实际应用，比如将物体从一个地方移动到另一个地方。
在未来，KUBeetle-S还可以用来研究昆虫，更好地理解它们运动背后的机制，比如在苍蝇身上观察到的快速倾斜转弯。由于体积小，它甚至有可能被部署在自然栖息地，收集昆虫和其它野生动物的镜头，或用于执行秘密军事任务。
“在我们接下来的研究中，我们将专注于进一步延长机器人的飞行时间，并安装车载视觉导航系统。” Phan说，“我们还计划看看是否可以提高飞行过渡的稳定性，例如，将它从快速向前飞行变为悬停，以及在有风干扰的情况下提高机器人的飞行灵活性。最终目标将是KUBeetle-S的自动飞行。”
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发表于 2020-6-26 21:54:57
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