近年來,,仿生科技正在快速發(fā)展,,尤其是在機器人行業(yè),從蜘蛛到鳥類,,從章魚到蟑螂,,各種生物為技術(shù)進(jìn)步提供了源源不斷的靈感,,仿生科技也成為機器人技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。 以下是11款創(chuàng)意仿生動物無人機,,雖然其中有部分產(chǎn)品還處于試驗階段,,但這種探索將是未來各種行業(yè)應(yīng)用必須走出的一步。 西北工業(yè)大學(xué)研制的這款仿生“信鴿”無人機重量僅為200克,,也就是4兩重。翼展50厘米,,飛行速度40公里/小時,,可持續(xù)飛行30分鐘。 這種無人機內(nèi)置HD高清攝像頭,,可拍攝清晰度極高的照片,。除此以外,它還能進(jìn)行無線電定位并與衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)連接,,及時將所拍情報傳送回指揮部,。 據(jù)專家介紹,“信鴿”無人機可以根據(jù)情景上下?lián)]動翅膀,,再加上一些羽毛做掩飾,,可以模仿出真正信鴿90%以上的動作。 哪怕和真正的鴿群混在一起,,也能做到不被鴿子發(fā)現(xiàn),,更何況是站在地面上的人類了。 “信鴿”無人機還有著極好的減震功能,,足以抵抗在飛行時遭遇其他鳥類或空氣亂流的干擾,,具有很好的穩(wěn)定性。 據(jù)了解,,目前我國研制的這款“信鴿”無人機已經(jīng)成功部署在全國5個省份之中,,涉及面高達(dá)30多個地區(qū),說不定剛剛就在你的頭頂飛過,,想想都驚掉下巴,! 代爾夫特理工大學(xué)的機器人研究團(tuán)隊成功打造出了一款模仿果蠅飛行機制的DelFly Nimble飛行機器人,。 這種新的四翼撲翼機器人不僅成功地模仿了果蠅超靈活的飛行機制,,而且單次充電最大飛行距離長達(dá)一公里,速度可以達(dá)到7米/秒(25公里/小時),。 它可以懸停在半空或執(zhí)行各種極端動作,如俯沖和空中打滾,。一次充電可支持飛行一公里,,這使其具備了軍事應(yīng)用的潛力,。 機器人創(chuàng)作和機器人機制的設(shè)計靈感通常來自動物行為,。來自伊利諾伊大學(xué)香檳分校和加利福尼亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊模仿蝙蝠翅膀結(jié)構(gòu),,成功構(gòu)建了一只完全獨立自主飛行的機器人——蝙蝠機器人(B2)。 蝙蝠在飛行中表現(xiàn)出卓越的敏捷性,,這是因為它們能夠使用獨立控制的關(guān)節(jié)來調(diào)節(jié)翼展,、翼彎和攻角。B2僅重93克,,其形狀像一只真正的蝙蝠,,并具有與蝙蝠飛行形態(tài)特性最匹配的可拉伸硅基薄膜翅膀。該機器人能夠通過彎曲,、展開和扭轉(zhuǎn)其肩部,、腕部、臀部,、肘部和腿部來改變其翼形,。 此項研究具有雙重意義。研究蝙蝠飛行能夠為飛行機器人振翼提供寶貴的見解,,同時這種蝙蝠仿生機器人設(shè)計可以提供更安全的人類/無人機環(huán)境,,具有實際應(yīng)用意義。許多以前的項目主要模仿昆蟲飛行,。大多數(shù)昆蟲的翅膀結(jié)構(gòu)都是單一的未聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)單元,,不像蝙蝠那樣復(fù)雜。與其他飛行動物相比,,蝙蝠的飛行機制獨一無二,。他們的飛行機制涉及多種不同類型的關(guān)節(jié)(比如球窩關(guān)節(jié)和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)),這些關(guān)節(jié)將骨骼和肌肉彼此互鎖在一起,,形成具有超過40個自由度(DOF)的變質(zhì)肌肉骨骼系統(tǒng),。研究人員表示,蝙蝠飛行的這些方面為飛行機器人提供了獨特視角,。 與當(dāng)前飛行機器人(比如四旋翼飛行器)相比,,蝙蝠仿生飛行機器人擁有眾多優(yōu)點。其中最大優(yōu)點就是其柔軟的翅膀,。受材料和設(shè)備(比如尖銳的轉(zhuǎn)子葉片或螺旋槳)以及高振幅噪聲限制,,傳統(tǒng)的四旋翼飛行器和其他旋翼飛機被認(rèn)為對人類不安全。另一方面,,具有蝙蝠柔韌翅膀的機器人主要由柔性材料組成,,并且振翼頻率更低(7至10Hz,而四旋翼飛行器為100至300Hz)。這種機器人在穿越不同的環(huán)境時,,其操作和飛行更加安全,,幾乎不會造成任何損壞。 蝙蝠飛行運動學(xué)中的主要自由度在B2的振翼,、前肢中間運動,、手指屈曲伸展、腕部(將手連到前肢的小骨頭)旋前旋后轉(zhuǎn)以及腿背側(cè)運動的設(shè)計中得到了充分體驗,。 圖1. 蝙蝠機器人的飛行機制及其自由度/?Ramezani等人 圖2. 蝙蝠機器人(B2)的電子部件/?Ramezani等人 圖3. 蝙蝠機器人的數(shù)據(jù)流程圖/?Ramezani等人 這款名叫AquaJelly的仿生水母,其實是一個充滿氦氣的球體,。它的8個觸手可以幫它在水里自由移動,,更不可思議的是通過遙控,它還可以飛上天,!活脫脫的水母無人機,。 這款仿生企鵝就更特別了,!它內(nèi)置了自主判定系統(tǒng),,可以根據(jù)水流方向,自行導(dǎo)航定位,。 其次,,它內(nèi)置的3D聲納系統(tǒng),可以依靠聲波,,感知到其他企鵝的位置,,防止與它們撞在一起,同時,,通過遙控操作,,飛翔自如! 說到“飛上天”,,當(dāng)然少不了仿生鳥了!Festo的科學(xué)家們,,在破解了鳥類飛行原理后,,研制出了這款SmartBird仿生鳥。 Smartbird可以完美模擬鳥類的飛行狀態(tài),,甚至令人難辨真?zhèn)?,它們像正常的鳥類一樣,依靠翅膀提供飛行動力,,它們的雙翼不僅可以上下拍動,,還可以按照一定的角度進(jìn)行扭轉(zhuǎn)~ 甚至連頭都可以全角度轉(zhuǎn)動,。 飛翔和降落時,就像真的鳥一樣,。 仿生蜻蜓BionicOpter與真正的蜻蜓一樣,能夠向任意方向飛行,。它的四翼使用碳纖維,做成可折疊翅膀,,每秒可以拍打20次,。 看到這么精密的機械結(jié)構(gòu),簡直有種在做工程學(xué)設(shè)計的感覺,,這款仿生蜻蜓不但可以實現(xiàn)減速和急轉(zhuǎn)彎,,還能做到懸停和倒退,甚至能夠模擬直升機,! 第一眼看到eMotion仿生蝴蝶,簡直是藝術(shù)品!Festo以大自然為靈感設(shè)計各種仿生動物機器人并且非常逼真,每一個翅膀都能獨立操作,。 通過能夠獨立控制的翼來調(diào)整自己,,在一定空間范圍內(nèi),按照預(yù)編程的路線飛行,。 翼展長有50cm,,翅膀每秒擺動1-2次,速度可達(dá)2.5米/秒,,重量卻僅為32g,,美炸了! 在防生技術(shù)領(lǐng)域,,除了上面提到的這些,,還有讓人瞠目的 3D打印仿生螞蟻機器人,,完全是研發(fā)人員從動物世紀(jì)獲得的靈感,,這些人造仿生螞蟻的體長為13.5cm長,重105克,,約手掌大小,。體型小但是螞蟻之間能夠相互溝通,并且協(xié)調(diào)它們的行動動作和運動方向,,所以一般是一個小團(tuán)體一起工作,,能夠推或者拉比自己大的多的物體。為了能夠模擬真實螞蟻的行為,,這些3D打印的螞蟻都被編程為一個共同的目標(biāo)做出各自的決定,,比如將一個大型物體從A點移動到B點,,而且方向都是一致的。 這些仿生螞蟻(BionicANT)基本上是由充滿了電子電路的3D打印甲殼組成的,。它的塑料外殼是用激光燒結(jié)3D打印技術(shù)打印出來的,,外面安裝了導(dǎo)電天線,機器人只需將其按到電源上就可以為自己的電池充電,。它的腿和顎下的夾子都是用陶瓷致動器制成的,,以確保其快速、緊湊和精確的運動,。 BionicWheelBot的生物樣板為摩洛哥后翻蜘蛛,它是一種生活在撒哈拉邊緣比沙丘沙漠的蜘蛛,,由柏林技術(shù)大學(xué)仿生學(xué)教授Ingo Rechenberg于2008年發(fā)現(xiàn),。 這種蜘蛛可以與其同類一樣行走,同時能在空中翻轉(zhuǎn)與地面翻滾的組合形式移動,。 開始翻滾時,,BionicWheelBot將身體左右兩側(cè)的三條支腳轉(zhuǎn)變?yōu)椤败囕啞薄6鴥蓷l在行走模式下折收起來的支腳重新獲得釋放,,并在地面上推動變?yōu)榍蛐蔚闹┲腴_始運動,,同時在翻滾過程中提供沖力。 對機器人有一定了解的科技客都知道,,想讓機器人“跳”起來,難度是很大的,。 而這只仿生袋鼠,,卻能夠完成連續(xù)跳躍,甚至可以跳過40公分高的障礙物,,因為它特有的蓄力功能,,能及時從上一次跳躍中收集能量,為下一次跳躍做準(zhǔn)備,。 如果使用者戴上配套手環(huán),,就可以直接用手勢控制袋鼠! |
|