蜂鸟机器人利用人工智能在无人驾驶飞机无法到达的地方快速前进

蜂鸟机器人利用人工智能在无人驾驶飞机无法到达的地方快速前进

什么能像鸟一样飞,像昆虫一样盘旋?

你友好的邻居蜂鸟。如果无人机有这种组合,他们将能够更好地通过倒塌的建筑物和其他杂乱的空间,找到被困的受害者。

普渡大学的研究人员正在建造一种机器蜂鸟,这种机器蜂鸟从计算机模拟中学习如何像真正的蜂鸟一样飞行。机器人被装在一个装饰性的外壳里。(普渡大学照片/Jared Pike)

普渡大学的研究人员已经设计出了飞行机器人,它们的行为就像蜂鸟,通过机器学习算法进行训练,这些算法基于鸟类每天自然使用的各种技术。

这意味着,在从模拟中学习之后,机器人“知道”如何像蜂鸟一样独自移动,例如辨别何时执行逃跑操作。

人工智能与灵活的拍打翅膀相结合,也使机器人能够自学新的技巧。例如,尽管机器人还看不见,但它通过触摸表面来感知。每一次触摸都会改变电流,研究人员意识到他们可以跟踪电流。

“机器人基本上可以在不观察周围环境的情况下创建地图。普渡大学机械工程副教授邓新彦(音译)说:“在机器人可能在黑暗中寻找受害者的情况下,这可能会有所帮助——这意味着当我们确实给机器人提供了看见的能力时,只需再增加一个传感器。”

由于传统的空气动力学原理,无人驾驶飞机不能无限小。他们不能产生足够的升力来支撑他们的重量。

但是蜂鸟不使用传统的空气动力学——它们的翅膀是有弹性的。物理性质完全不同;空气动力学本质上是不稳定的,具有大迎角和高升力。这使小型的飞行动物得以生存,也使我们能够缩小扑翼机器人的规模,”邓说。

多年来,研究人员一直在努力破译蜂鸟飞行,使机器人能够在大型飞机无法飞行的地方飞行。2011年,美国国防部下属机构DARPA委托美国航空环境管理局(AeroVironment)研制出了一种比实际蜂鸟重但速度慢的机器人蜂鸟,其飞行控制类似直升机,而且机动性有限。它需要一个人一直在遥控器后面。

邓的团队和她的合作者在蒙大拿州为数个夏天研究蜂鸟。他们记录了蜂鸟的关键动作,比如快速180度转弯,并将它们转换成计算机算法,机器人在连接到模拟上时可以从中学习。

对昆虫和蜂鸟物理的进一步研究使得普渡大学的研究人员能够在不影响它们飞行方式的前提下,制造出比蜂鸟更小甚至和昆虫一样小的机器人。邓说,尺寸越小,拍打翅膀的频率越大,它们飞行的效率就越高。

机器人有3D打印体、碳纤维制成的翅膀和激光切割膜。研究人员已经制造了一个重12克的蜂鸟机器人,相当于成年雄伟蜂鸟的平均重量,另一个昆虫大小的机器人重1克。蜂鸟机器人可以举起超过自身重量的东西,高达27克。

设计具有更高升力的机器人给研究人员提供了更多的回旋空间,最终增加电池和传感技术,如照相机或GPS。研究人员说,目前,机器人在飞行时需要拴在能源上,但这不会持续太久。

这些机器人可以像真正的蜂鸟一样安静地飞行,使它们更适合隐蔽操作。它们在湍流中保持稳定,研究人员通过测试油箱中动态缩放的机翼证明了这一点。

这种机器人只需要两个马达,并且可以独立控制每一个机翼,这就是飞行动物在自然界中如何执行高度灵活的动作。

邓说:“一只真正的蜂鸟有多组肌肉来做动力和转向运动,但是一个机器人应该尽可能的轻,这样你就可以在最小的重量上获得最大的性能。”

机器人蜂鸟不仅有助于执行搜索和救援任务,而且可以让生物学家通过现实机器人的感官,在自然环境中更可靠地研究蜂鸟。

邓说:“我们从生物学中学习制造机器人,现在在机器人的额外帮助下,生物发现可以发生。”

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