最小的飛行機(jī)器人借助磁鐵翱翔

一個(gè)新的原型獲得了最小、最輕的無(wú)線飛行機(jī)器人的稱號(hào)。

這款無(wú)線機(jī)器人的翼展不到一厘米，目前在遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)飛行的磁場(chǎng)的距離方面非常有限。然而，開發(fā)它的科學(xué)家們建議有一些方法可以擴(kuò)大其范圍，這可能會(huì)導(dǎo)致潛在的應(yīng)用，例如搜索和救援行動(dòng)、檢查工業(yè)環(huán)境中損壞的機(jī)器，甚至植物授粉。

縮小飛行機(jī)器人尺寸的一種方法是取出電池并使用系繩為它們供電。然而，系留飛行機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中自由作面臨問題。這促使一些研究人員探索為機(jī)器人飛行提供動(dòng)力的無(wú)線方法。

“我的夢(mèng)想是讓飛行機(jī)器人可以隨時(shí)隨地飛行，而無(wú)需使用電線作為電源，”加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程教授 Liwei Lin 說(shuō)。Lin 和他的同事們?cè)?nbsp;Science Advances 上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

3D 打印飛行機(jī)器人設(shè)計(jì)

每個(gè)飛行機(jī)器人都有一個(gè) 3D 打印的身體，由一個(gè)帶有四個(gè)葉片的螺旋槳組成。該旋翼由一個(gè)環(huán)環(huán)繞，可幫助機(jī)器人在飛行過程中保持平衡。每個(gè)主體的頂部是兩個(gè)微小的永久磁鐵。

總而言之，昆蟲級(jí)原型的翼展小至 9.4 毫米，重量低至 21 毫克。以前，據(jù)報(bào)道，最小的飛行機(jī)器人，無(wú)論是系留的還是非系留的，都是 28 毫米寬。

當(dāng)暴露在外部交變磁場(chǎng)中時(shí)，機(jī)器人可以在沒有系繩的情況下旋轉(zhuǎn)和飛行。維持飛行所需的最低磁場(chǎng)強(qiáng)度為 3.1 毫特斯拉。（相比之下，冰箱磁鐵的強(qiáng)度約為 10 mT。

當(dāng)施加的磁場(chǎng)以 310 赫茲的頻率交替時(shí)，機(jī)器人可以懸停。在 340 Hz 時(shí)，它們會(huì)向上加速。研究人員可以通過調(diào)整施加的磁場(chǎng)來(lái)橫向縱機(jī)器人。只要影響不是太大，機(jī)器人還可以在碰撞后自行扶正以保持在空中飛行，而無(wú)需復(fù)雜的傳感或控制電子設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)器人產(chǎn)生的升力可以超過其重量的 14%，以幫助它們攜帶有效載荷。例如，一個(gè)寬 20.5 毫米、重 162.4 毫克的原型可以攜帶一個(gè)重達(dá) 110 毫克的紅外傳感器來(lái)掃描其環(huán)境。事實(shí)證明，這些機(jī)器人可以有效地將賦予它們的能量轉(zhuǎn)化為升力——比幾乎所有其他已報(bào)道的飛行機(jī)器人都要好，無(wú)論是系留還是無(wú)系繩，也比果蠅和蜂鳥更好。

目前，這些原型的最大工作范圍距離磁線圈約 10 厘米。Lin 指出，擴(kuò)展這些機(jī)器人工作范圍的一種方法是通過添加更多線圈、優(yōu)化這些線圈的配置以及使用波束成形線圈，使它們所經(jīng)歷的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加十倍。這樣的發(fā)展可以讓機(jī)器人飛到離磁線圈一米遠(yuǎn)的地方。

科學(xué)家們還可以進(jìn)一步使機(jī)器人小型化。這將使它們更輕，從而降低它們推進(jìn)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度?！坝锌赡苁褂秒姶挪ǎɡ鐭o(wú)線電或手機(jī)傳輸信號(hào)中的電磁波）來(lái)驅(qū)動(dòng)微型飛行機(jī)器人，”Lin 說(shuō)。研究人員補(bǔ)充說(shuō)，未來(lái)的研究還可以在機(jī)器人上安裝可以將磁能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，為電子元件供電。