东方时讯网小型昆虫大小的轻型飞行机器人可能具有非常有价值的现实应用，例如支持搜索和救援任务、危险场所检查，甚至太空探索。
尽管它们具有潜力，但迄今为止，这些机器人的实现被证明是困难的，特别是由于在试图稳定它们的飞行和人工复制昆虫天生的盘旋能力时遇到的技术问题。
华盛顿大学的研究人员最近开发了一种飞行控制和风传感系统，可以帮助解决这一具有挑战性的机器人技术问题，最终使机器人能够稳定飞行，即使是小如蚊虫。该系统在ScienceRobotics中引入，基于加速度计的使用，加速度计是一种可以测量任何移动设备、物体或身体加速度的传感器。
“近40年来，机器人专家和微细加工专家一直梦想着创造出重量只有几毫克的‘昆虫大小’的机器人——这是伯克利大学的安妮塔·弗林(AnitaFlynn)首次提出的，”进行这项研究的研究人员之一索耶·富勒(SawyerFuller)说，告诉TechXplore。
“她和罗德尼布鲁克斯后来写了一篇有趣的论文，'快速，便宜，失控：机器人入侵太阳系'，提议派遣微型机器人探索太阳系，也被称为“智能尘埃”。这种机器人将比我实验室的学生迄今为止创造的名为UWRobofly的100毫克、大黄蜂大小的机器人小得多。”
近年来，世界各地的许多机器人专家一直在尝试为重量为10毫克或更轻的昆虫大小的机器人制造驱动系统，并且许多人都取得了成功，其中包括伯克利大学和陆军研究实验室的研究人员。然而，迄今为止，可靠地稳定和控制这些难以置信的小型机器人的飞行被证明是有问题的。
“通常，小型扑翼机器人和无人机在没有反馈控制的情况下是不稳定的，”富勒解释道。“如果你打开机翼或旋翼，它们很快就会从天上掉下来。据信，苍蝇通过使用陀螺仪吊带作为反馈来进行补偿。因此，一个明显的解决方案是在机器人设计中添加一个陀螺仪。”
美国四分之一美元硬币上10毫克“小昆虫机器人”的航空电子设备组件图像。它们包括一个2mg陀螺仪、一个3mg微处理器和一个1mg视觉光流传感器。图片来源：富勒。
虽然陀螺仪的集成在理论上可以帮助克服与小型飞行机器人飞行相关的技术问题，但当今可用的陀螺仪远不及它们在此类轻型设备上飞行所需的轻便或高效。迄今为止开发的最轻的陀螺仪重量为15毫克，比整个蚊虫大小的机器人的重量还要多5毫克。
“我们针对这个问题提出的解决方案源于我的博士论文，在那里我发现苍蝇利用羽毛状触角的风感来控制它们的飞行，”富勒说。“我们在这篇论文中展示了你可以做苍蝇做的事情，测量空速，使用不同类型的传感器，加速度计。最大的好处是加速度计本质上比陀螺仪更小，效率更高。它们是现成的-装在一个重量仅为2毫克的包装中。”
除了比陀螺仪轻得多之外，当结合良好的机器人动力学模型时，加速度计还可以帮助估计机器人在飞行中的倾斜角度。在他们的设计中，富勒和他的同事还包括一个同样轻的光流传感器和一个微型微处理器，以估计机器人的高度和风的强度。
“当我们将我们的系统对一阵风的模拟响应与果蝇对同一阵风的响应进行比较时，我们发现这两个系统的行为非常相似，”富勒说。“所以现在我们有一个关于昆虫飞行控制的有趣假设需要测试。也就是说，没有陀螺仪的飞行昆虫，如蜜蜂和飞蛾，可能能够通过用天线感应风来稳定它们不稳定的飞行动力学。”
Fuller和他的同事使用一个30克重的机器人在模拟和真实世界的实验中测试了他们的系统，发现它可以成功地稳定其飞行，使其能够复制果蝇的飞行动力学。未来，他们希望它能在许多其他飞行机器人上得到应用和测试，包括重量不超过10毫克的更轻型机器人。
“我们能够基于现成的部件创建一个稳定的飞行控制系统，这些部件足够小，适合小昆虫大小的机器人，”Fuller补充道。“我们的系统还可以适用于更大的机器人，例如100mgUWRobofly，从而允许更多有效载荷用于更大的电池或其他传感器。在我们接下来的研究中，我们计划展示它在UWRobofly上飞行。”