微型機(jī)器人領(lǐng)域研究人員面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一是為昆蟲規(guī)模的微型飛行器（FWMAV）設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可靠的控制器，fwmav是典型的受昆蟲啟發(fā)的微型飛行機(jī)器人。實(shí)際上，盡管這些昆蟲大小的機(jī)器人可以有許多有用的應(yīng)用，例如，協(xié)助人類進(jìn)行搜索和救援任務(wù)或農(nóng)業(yè)，但是迄今為止，開發(fā)出與其尺寸和結(jié)構(gòu)相匹配的控制器非常困難。
南加州大學(xué)（USC）的研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，探討了設(shè)計(jì)這些控制器的挑戰(zhàn)。他們?cè)赼rXiv上預(yù)先發(fā)表的論文中，介紹了一種新的統(tǒng)一方法，該方法可以為控制FWMAV的更有效技術(shù)的發(fā)展提供信息。該研究背后的研究人員是自主微機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（AMSL）的一部分，該實(shí)驗(yàn)室是20年前在加州大學(xué)伯克利分校開始的研究項(xiàng)目的繼承者，該研究項(xiàng)目從2005年開始在哈佛大學(xué)啟動(dòng)，并于2013年到達(dá)南加州大學(xué)。
首席研究員（PI）內(nèi)斯特·奧·佩雷斯·阿蘭比亞（Nestor O Perez-Arancibia）教授說(shuō)：“作為一個(gè)微型機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)，我們與微機(jī)器人界的許多人有著相同的夢(mèng)想——創(chuàng)造出可以在高度非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中智能運(yùn)行的完全自主的人工昆蟲。”他告訴作者。“就個(gè)人而言，我受到大自然的啟發(fā)，雖然我們的機(jī)器（包括Bee +）是一項(xiàng)了不起的工程，但在特技飛行能力，致動(dòng)，傳感，計(jì)算能力等方面仍落后于真正的昆蟲。”
Perez-Arancibia多年來(lái)一直在研究微機(jī)器人系統(tǒng)。他認(rèn)為，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，如果從自然界中汲取靈感，例如觀察和復(fù)制蜜蜂，蝴蝶和蚊子的行為或特征，最終將可以改善所有人造機(jī)器。
在他們的研究中，Perez-Arancibia和他的同事們使用兩種不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究了控制飛行昆蟲的方法：一種類似Bee的兩翼機(jī)器人和一種在南加州大學(xué)（USC）開發(fā)的四翼Bee +微機(jī)器人。在一系列實(shí)驗(yàn)中，他們證明能夠采用四元數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)控制的技術(shù)（該技術(shù)旨在控制具有四個(gè)轉(zhuǎn)子的無(wú)人飛行器）同時(shí)用于驅(qū)動(dòng)這兩種機(jī)器人昆蟲。
“我們能夠簡(jiǎn)化許多研究人員認(rèn)為非常困難的事情，” Perez-Arancibia說(shuō)。“我想相信這是一個(gè)實(shí)例，在該實(shí)例中，智能建模（即通過(guò)從新的'更好'的角度看問(wèn)題），我們可以理解和分析看似棘手的復(fù)雜現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以幫助我們開發(fā)更好的機(jī)器人設(shè)計(jì)，特別是在空氣動(dòng)力產(chǎn)生、機(jī)構(gòu)配置和致動(dòng)方面。”
KUKA機(jī)器人示教器維修，14年才終于問(wèn)世，這個(gè)微型機(jī)器人研究的價(jià)值在哪？" src="http://www.whsntf.cn/uploads/allimg/200113/1616445S9_0.JPG" />
飛行的機(jī)械昆蟲Bee +。資料圖：楊秀峰
Perez-Arancibia及其同事進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果表明，他們采用的通用策略可用于控制具有某些共同特征的不同類型的人工昆蟲。他們特別展示了這種策略在兩翼機(jī)器人和四翼Bee +機(jī)器人上的有效性，但它也有可能應(yīng)用于其他類似昆蟲的微型機(jī)器人。
Perez-Arancibia認(rèn)為，通過(guò)遵循將致動(dòng)和飛行控制的問(wèn)題解耦的高級(jí)控制方法，可以確定這個(gè)可在多個(gè)平臺(tái)中使用的通用算法。例如，這種方法可以使研究人員使用19克四旋翼飛機(jī)開發(fā)新的特技飛行算法，隨后可在95毫克四翼Bee +上實(shí)現(xiàn)。
Perez-Arancibia說(shuō)：“這很重要，因?yàn)殡S著機(jī)器人飛行器變得越來(lái)越小，它們也變得更難制造，更難處理且價(jià)格更高。” “因此，正如我們的論文所示，可以使用相同的方法來(lái)為重量差異高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的平臺(tái)合成控制器這一事實(shí)具有重要意義，從研究和實(shí)踐角度來(lái)看都是有意義的。”
將來(lái)，機(jī)器人維修，由南加州大學(xué)的研究人員團(tuán)隊(duì)引入的方法可能會(huì)為昆蟲樣微型機(jī)器人的新控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供新思路。此外，在接下來(lái)的幾個(gè)月中，Perez-Arancibia和他的同事們將在一個(gè)不同的項(xiàng)目上開展工作，該項(xiàng)目旨在創(chuàng)建第一個(gè)完全自主飛行的人工昆蟲。
“目前，阻止微型機(jī)器人專家實(shí)現(xiàn)亞克級(jí)自主飛行的主要限制是電池的能量密度極低，”佩雷斯-阿蘭奇比亞說(shuō)。“我們將通過(guò)利用由催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的人造肌肉來(lái)實(shí)現(xiàn)自主性飛行”