重磅|多位華人學者聯手打造「高靈敏抗碰撞、彈性飛行」的昆蟲無人機！

導讀

近日，國際頂級機器人期刊IEEE Transactions on Robotics發表了MIT助理教授YuFeng Chen與哈佛博士生Siyi Xu，港城大副教授Pakpong Chirarattananon合作的昆蟲級軟驅無人機（Insect-Scale Soft-Actuated Aerial Robots）的最新研究，該無人機不僅能實現空中懸停，快速爬升，還可以實現空中翻滾，以及承受飛行過程中的人為碰撞，

一般而言，無人機需要廣闊的空間，因為它們既不能在狹窄空間中快速導航，也不能在受到撞擊以后保持飛行穩定性。現有的無人機都是體積相對而言較大的，而且大多數都需要足夠的空間進行飛行動作。問題在于，能否設計一種昆蟲大小的無人機，同時實現在復雜環境下穩定飛行呢？

飛行類昆蟲由于體積小，飛行靈活，往往是近些年仿生無人機研究的重要領域。它們在復雜的自然環境隨意改變飛行軌跡，有如雜耍一般，各種高難度動作都不在話下，比如空中翻滾，快速躲避障礙物，以及飛行中被撞了以后快速調整飛行姿態等等。

MIT助理教授YuFeng Chen由此受到啟發，研制了一種新型的介電軟體驅動器（dielectric elastomer actuators），用來驅動僅有0.6g重量的軟驅類昆蟲無人機，

軟體驅動器主要由薄橡膠圓筒以及碳納米管，當碳納米管通電時，系統能夠產生一定的靜電力，不斷地壓縮及拉伸橡膠圓筒，實現類似于飛行類昆蟲撲騰翅膀的狀態，，每秒扇翅500次，

該實驗結果表明，該介電軟體驅動器能實現高能量密度（1.2kW/kg）以及高傳輸效率（37%）。該類昆蟲無人機推力重量比高達2.2:1，上升速度高達70cm/s，

類昆蟲無人機的顯著改善要歸功于新設計的高能量密度介電軟體驅動器，通過采用新型的介電材料（Elastosil P7670）和降低電阻，新型介電軟體驅動器的能量密度比之前提升足足一倍，傳輸效率更是提升560%，

類昆蟲無人機靜態試驗：

同時，該類昆蟲無人機可以實現空中懸停。

類昆蟲無人機空中懸停：

以及實現從靜態開始快速爬升，

類昆蟲無人機快速爬升：

同時，研究人員還進行了嚴苛的碰撞測試，在該類昆蟲無人機飛行的過程中分別撞擊包括無人機本體以及機翼，甚至采用猛烈撞擊將其擊落。該無人機仍然能夠迅速恢復到穩定飛行狀態，表現出強有力的抗撞擊能力，

類昆蟲無人機撞擊試驗：

最為有趣的是，新研制的類昆蟲無人機實現了翻滾動作，并在翻滾之后還能保持穩定的飛行狀態，

類昆蟲無人機翻滾動作：

康奈爾大學部助理教授Farrell Helbling對比發表評論說，實現厘米級無人機是一件了不起的成就，因為這種軟體驅動器具備柔順性，所以無人機不需要特別進行設計就可以在障礙物很多的復雜環境中自由飛行，這個特點非常適合需要在凌亂的、動態的環境中飛行的無人機，對未來現實生活中的應用也有非常重要的指導意義，但他也同時表示，鑒于現在的類昆蟲無人機采用高壓線輸電的方式，未來需要解決無人機的無線能量傳輸的問題。

MIT助理教授Chen表示，他希望未來無人機可以給農作物實現人工授粉，以及在自然災害或礦難等事件中實行搜索與營救。

該研究主要由 Kevin Chen、以及 Kevin Chen 的學生任智健、哈佛大學部軟機器人學在讀博士生 Siyi Xu、香港城市大學部生物醫學工程系副教授 Pakpong Chirarattananon 等人完成，

Kevin YuFeng Chen 2012年獲得康奈爾大學部應用及工程物理系學士學位，2017年獲得哈佛大學部工程學博士學位，導師為Robert J. Wood教授，現為MIT電子工程與計算機科學系助理教授。主要工作集中在為微型機器人設計高魯棒性軟體驅動器，以實現厘米級機器人在空氣、陸地以及水中的運動，

相關鏈接：

論文鏈接：

https:http://ieeexplore.ieee.org/document/9357346

實驗室鏈接：

https:http://www.rle.mit.edu/smrl/

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