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哈佛“蜜蜂”机器人再进化,游泳潜水全都难不倒

2024-11-23 217

RoboBee 是哈佛大学 Wyss 研究所发明的微型飞行机器人,2013 年首次亮相,当时的 RoboBee 还只能起飞和飞行。

现在,这只小“蜜蜂”get 到的最新技能是游泳、潜水,然后自行从水中飞出并在附近安全着陆。

对我们来说,把手或其他身体部位抬离水面是一件很容易的事情,但对昆虫那么小的东西来说就是很大的挑战了,因为水的表面张力会阻碍它们从水中穿出。

想像我们把水倒进一个杯子,杯子满了以后水会沿着杯壁往下流,但在杯子将满未满时,水平面会一点一点升高,高过玻璃杯沿的时候,水仍未落下,这种要流不流的水面,就像紧紧裹着一层水膜,拉着水不让它流下去,这就是液体的表面张力。正因为这种张力的存在,有些小昆虫才能无拘无束地在水上行走。

而 RoboBee 重量仅 175 毫克(1 美分硬币重量的十四分之一)。对这种尺寸的机器人来说,液体表面张力是它重量的 10 倍。用哈佛大学工程学教授罗伯特·伍德(Robert Wood)的话说,就是“来自液体表面张力的力量就像是一道不可穿透的墙壁。”

▲ 重新设计的 RoboBee 有 4 个浮力支架和一个中央气室。(Source:哈佛工程与应用科学学院)

为了解决这个问题,哈佛大学的研究人员为 RoboBee 配备一个方形的中央气室,这个气室相当于一个小型“可燃火箭”,支撑它打破水面张力。

具体的原理是,RoboBee 气室内的电解板会将水分解成氢气和氧气,然后混合在一起,使之易于燃烧。一旦氢氧化合物混合足够,内部微小的火花塞就会烧完。随后气体点燃,机器人就可以弹出水面。就像这样:

 ▲ 《Science Robotics》期刊用一句话形容这个过程:RoboBee 像有了弹道。

从水中射出后,RoboBee的“翅膀”可以控制自身的运动轨迹,之后安全着陆在茶杯附近或其他地方。

不过由于重新设计的 RoboBee 尺寸有限,没有多余空间安装复杂的感测器或其他指令系统,所以尽管它可以飞,也能在水面行走自如并自行破水而出,但目前还不能远程控制,而且也不能像真正的蜜蜂执行一些有意义的任务,比如帮农作物授粉。

“我们希望,RoboBee 在自身重量和水面张力的协调表现,可以给之后多功能微型机器人设计带来启发,也希望这款蜜蜂机器人未来可移动到复杂地形帮我们执行各种任务。”研究人员 Yufeng Chen 在哈佛大学官网发布相关新闻时说。

(本文由 36Kr 授权转载;首图来源:Havard Microrobotics Lab / Wyss Institute)

2019-03-17 05:31:00

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