圖：西雅圖華盛頓大學(xué)的一個(gè)小組展示了一個(gè)兩翼機器人

　　在近日的 Nature 雜志上，由 Robert J. Wood 教授領(lǐng)導的哈佛大學(xué)微機器人實(shí)驗室（Harvard’s Microrobotics Lab）展示了一個(gè)四翼版本的 RoboBee 平臺，并成功實(shí)現無(wú)束縛飛行。

　　就外觀(guān)而言，該飛行器有兩大特色：一對額外的翅膀（四翼）和頂部的太陽(yáng)能電池。它可以在短時(shí)間內不受束縛地飛行。

　　圖：四翼飛行器 RoboBee（來(lái)源：哈佛微型機器人實(shí)驗室）

　　四翼飛行器 RoboBee 長(cháng) 5 厘米，重 259 毫克。頂部是太陽(yáng)能電池，底部是驅動(dòng)電路，它可以把太陽(yáng)能電池板的電壓提高到 200 伏，這一工作電壓可使翅膀振動(dòng)頻率達到 200 赫茲�，F在的結構，可以避免太陽(yáng)能電池板受到機翼氣流的影響，同時(shí)又能讓機器人的整體重心保持在機翼所在位置。該飛行器不需要任何控制，對于持續時(shí)間不到一秒的非常短的開(kāi)環(huán)飛行，它可以足夠穩定。

　　四翼 VS 兩翼

　　2013 年，Robert J. Wood 實(shí)驗室的一些人，包括當時(shí)的博士后 Sawyer Buckminster Fuller，在 Science 雜志上發(fā)表了一篇論文，介紹了一種基本上可控的蜜蜂機器人 RoboBee。第一代蜜蜂機器人設計得非常像蜜蜂，由兩個(gè)蜜蜂翅膀大小的機翼驅動(dòng)。起初，研究人員認為，蜜蜂可以用兩只翅膀做很多事情，那么為什么機器人不能呢？

　　圖：哈佛大學(xué)初代 RoboBee（來(lái)源：哈佛微型機器人實(shí)驗室）

　　從那以后，又出現了好幾代蜜蜂型機器人，后來(lái)事實(shí)證明，兩機翼小飛行機器人之所以不能做蜜蜂所做的事情，原因有很多。至少就目前而言，偏航控制等問(wèn)題就有些棘手，這也是為什么使用四個(gè)機翼而不是兩個(gè)的原因之一。

　　具體來(lái)說(shuō)，研究人員發(fā)現很難控制兩翼微型機器人的旋轉或偏航。相較而言，四個(gè)翅膀使得控制三個(gè)軸的方向非常簡(jiǎn)單。通過(guò)控制不同速度和振幅的翅膀振動(dòng)，飛行機器人可以實(shí)現偏航、俯仰和翻轉。當正常翅膀振動(dòng)的頻率保持在 160 赫茲左右。在一個(gè)方向上減小機翼振幅，然后在另一個(gè)方向增大振幅，這樣可以保持頻率不變，但實(shí)現偏航。

　�。▉�(lái)源：華盛頓大學(xué)）

　　在四翼機器人的設計中，橫（x）軸和縱（y）軸轉向是通過(guò)改變相對機翼的振幅來(lái)實(shí)現的；驅動(dòng)豎（z）軸（“轉向”）是通過(guò)改變相對于另一個(gè)方向的速度來(lái)實(shí)現的。壓力中心的近似位置用左上角的一個(gè)點(diǎn)表示；它到機器人質(zhì)心的距離由 rcp 給出，箭頭表示四個(gè)翅膀每一個(gè)的近似振幅值。

　　今年，在機器人領(lǐng)域頂級會(huì )議 ICRA 也有一些令人印象深刻的研究，它們表明用兩個(gè)翅膀控制偏航也是可能的。但是，這么小的微型機器人，尤其是飛行機器人，還有一個(gè)問(wèn)題是電池能量?jì)Υ?/strong>。飛行器需要大量的動(dòng)力起飛，并在空中飛行，這意味著(zhù)需要一個(gè)相對大的電池提供較長(cháng)時(shí)間的電力，這會(huì )讓飛行器更重。這就是四翼飛行機器人的另一個(gè)優(yōu)勢了，額外的翅膀意味著(zhù)有更大的力量，可攜帶更多的東西。而且，有了更大的舉升力，就有了攜帶控制單元的能力，也就有可能實(shí)現一只完全獨立的飛行機器人。當然，它看起來(lái)可能會(huì )有點(diǎn)怪異。