这些小型设备的好处还有待证明,但这种类型的工作可以为新一代更先进的多晶太阳能无人机开辟道路。
在Ars Technica网站发现的一篇论文中,华盛顿大学的工程师们最近推出了一些令人印象深刻的小型空中机器人。除了无需电池,这些受折纸技术启发的超轻机器还能够在飞行中改变形状。
近年来,微型机器人的研究一直很活跃。不同的机构正在探索许多创新的概念,这些概念可以应用于不同的领域。我们可以以医学为例,用这种微小的机器蠕虫探索肺部以检测肿瘤(见我们的文章)。我们还看到了其他更奇特的概念的出现,比如能够在几秒钟内“液化”自己的机器人。
因此,第一批空中微型机器人出现只是时间问题,现在已经有几十种微型滑翔机的概念。但这些机器几乎都有同样的问题。由于它们的尺寸阻碍了真正的推进系统的安装,控制这些随风移动的小物体的轨迹是极其困难的。
为了实现这一点,最有趣的选择是允许它们改变形状。但这是一个相当大的挑战,因为在这种情况下,实际上不可能诉诸传统的控制机制。一般来说,这些设备太重,不适合这些微型机器人,因为它们的用途很大程度上取决于它们的质量。为了在不牺牲这种轻便性的情况下获得一定程度的控制,你必须很狡猾。
例如,去年2月,芬兰研究人员展示了一种小型飞行机器人,其中包括一种由纤维制成的小阳伞,有点像蒲公英种子。但与自然版本不同的是,机器人可以修改这种帆的形状,使其在特定的方向上定位。这个概念不使用任何传统的机制来转换;相反,它依赖于光敏液晶弹性体。
华盛顿研究人员的最新发明基于同样的想法,但有显著的不同。事实上,他们已经找到了一种方法,可以在不增加结构重量的情况下安装机械控制系统。为了做到这一点,他们借鉴了古老的折纸艺术。更准确地说,他们选择了三浦折叠。
它由一组之字形折痕组成,这些折痕允许一个表面在自身上折回。这种技术特别用于医学中某些支架的设计。它们也存在于航空航天领域;在这种情况下,Miura折叠被用来减少某些部件的面积,比如太阳能电池板,这样它们就可以装进火箭里。
由于几个原因,这种手法非常适合这些微型无人机。首先,变形只发生在一组明确的线条上,而不是整个表面。所以我们可以将电子元件连接到保持刚性的空间。另一个优点是它可以用最小的力改变飞行器的形状。因此,这可以通过一个非常轻和节能的执行器来实现。
由于这种方法,美国研究人员能够将各种各样的组件集成到一个重量仅为400毫克的微型飞机上。除了可以改变形状的致动器外,它还有一个微控制器、一个蓝牙芯片和各种传感器。整个过程消耗的能量非常少,因此不需要电池;一切都由一组小型光伏电池供电。
因此,一旦在几十米的高度释放,它们就可以改变形状,以相对可控的方式降落,同时收集气象数据。
目前,这些设备的实用价值仍然非常有限。如果这只是同时部署大量传感器来收集科学研究数据的问题,那么已经有其他同样高效的系统可以实现这一目标。
此外,由于控制系统仍然相对初级,这些微型滑翔机实际上不允许考虑新的应用。特别是在这个设备上,改变形状的好处并不明显;它只是让无人机的坠落更容易预测,不多也不少。就目前来看,这并不是革命性的。
但这只是概念的一个证明。该装置表明,利用三浦折叠,有可能开发出更先进的新型多态太阳能无人机。因此,看看这个仍然非常抽象的技术利基将如何发展,以及最终是否会出现新的科学和军事应用,将是非常有趣的。
这份研究报告的全文可在这里查阅。