Nature Machine Intelligence：基于强化学习的扑翼无人机机翼应变飞行控制

文摘 2024-10-06 15:00 吉林

尽管无人机技术发展迅速，但复制生物飞行的动态控制和风力感应能力，仍然遥不可及。生物学研究表明，昆虫翅膀上有机械感受器，即钟形感受器campaniform sensilla，探测飞行敏捷性至关重要的复杂气动载荷。

近日，韩国亚洲大学（Ajou University）Taewi Kim, Insic Hong, Sunghoon Im, Je-sung Koh，Seungyong Han & Daeshik Kang等，韩国即时通信Kakao公司的Seungeun Rho等，在Nature Machine Intelligence上发文，利用模拟这些生物系统的机器人实验，证实了机翼应变提供了无人机姿态角以及风向和风速的关键信息。

研发了可应用于扑翼无人机的“感知飞行”控制技术，利用施加在扑翼无人机机翼上的气动力，推导重要的飞行数据，如姿态和气流，而无需加速计和陀螺传感器。

目前工作包括五个关键实验：用于提供状态信息的机翼应变传感器系统初步验证，在风变化的单自由度运动环境中的控制技术，在重力姿态调整的两自由度运动环境中的控制技术，在有风条件下的位置控制测试，以及在无风条件下，仅使用机翼应变传感器的精确飞行路径操纵的演示。

在强化学习驱动的飞行控制器帮助下，已经成功地演示了仅使用机翼应变传感器，在各种环境中控制扑翼无人机。从阵风阻力到自主飞行机器人的风力辅助飞行，这种环境变化的适应性，将有利于各种应用。

预计这种扑翼无人机控制技术，可用于间谍机器人、勘探和救灾机器人等自行感知风向并飞向目标位置的机器人。

图1：基于感知飞行的飞行控制策略。

图2：从机翼应变数据中，提取气动特征。

图3: 通过感知风向和风速进行位置控制，风向和风速因位置而异。

图4：在两个自由度环境中的的强化学习reinforcement learning，RL。

图5: 具有感知飞行系统的扑翼无人机位置控制。

图6: 无风环境时，扑翼无人机的航迹控制。

文献链接：

Kim, T., Hong, I., Im, S. et al. Wing-strain-based flight control of flapping-wing drones through reinforcement learning. Nat Mach Intell 6, 992–1005 (2024).

https://doi.org/10.1038/s42256-024-00893-9

https://www.nature.com/articles/s42256-024-00893-9

本文译自Nature。

来源：今日新材料

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODE4NDAwNw==&mid=2655158108&idx=1&sn=c003a3e95fae24121fc5255049bf9387

国际仿生工程学会

学会旨在增进各国仿生学者之间的学术交流与合作，推动仿生工程领域科学研究的发展，提升仿生工程人才的培养教育水平。学会秘书处常设在中国长春吉林大学，是目前在中国教育部所属高校中唯一设立秘书处的国际学术组织。

最新文章

一锅法制造仿生变形双层结构

JBE | Friction and Deformation Behavior of Human Skin During

IF：51.4！加州理工学院高伟教授团队Chem. Rev.综述：可穿戴和植入式软体机器人

Droplet | 利用微气泡重复改造双层脂膜

江苏大学张忠强课题组与鹏城实验室焦健课题组Chem. Eng. J.：一种可创建表面形态的无线可编程电液触觉电子皮肤

JBE | Research on Gait Trajectory Planning of Wall-Climbing

大连理工大学张磊副教授/孙吉宁教授研究团队Chem. Eng. J.：声表面波驱动浸没表面黏附细菌的定向清除

Droplet | 用于高效油/水分离的仿生多功能纤维材料

视触觉传感仿真器Tacchi升级版，支持多模式接触运动

《仿生工程学报》2024年第5期目次

宁波材料所陈涛/宁波工程学院高国荣等 Angew：海洋变形虫启发的盐化水凝胶的各向异性重构和及其可编程的形变

Droplet | 适用于电润湿和介质电润湿驱动数字微流体技术的混合电极

“离散尺度磁弹性”与“弹性体弹性”耦合：从巴克球玩具到软体机械手

JBE |Highly Bendable Ionic Electro-responsive Artificial Muscles

从自然中汲取灵感：仿生自清洁与自冷却光伏面板助力光伏效率提升

Droplet | 使用可折叠悬臂对液滴进行目标投射

华南理工大学钟勇团队AFM：基于催化剂扩散的自封装液态金属-硅胶油墨赋能驱感一体化软体机器人

JBE | Dynamic Color Regulation of the Lycaenid Butterfly Wing

Droplet | 封面文章 | 通过电场强迫整顿射流断裂

中山大学翟文涛教授团队 Adv. Sci.：受骆驼皮毛启发的用于冷热交替环境的温度调节发泡纤维及织物

JBE | Glass Sponge-inspired Auxetic Mechanical Metamaterials for

《Nature Communications》 | 3D打印液态金属聚合物复合材料作为近红外响应4D打印软体机器人

Droplet | 综述文章 | 仿生液滴操纵材料：原理、方法和应用

《AM》东华朱美芳/游正伟团队：受鱿鱼启发抗盐类皮肤弹性体，超高抗损伤能力，适用于水下软体机器人

JBE | 上海交通大学张旺研究员团队|生物启发材料：从独特的维度架构到热调节特性

应用实例 | 哈尔滨工业大学《CEJ》：具有高气液分离效率的仿生Janus微流体制氢仿生功能器件

武汉大学郑怀、香港理工王钻开教授 | 通过带电表面图案重构实现可编程液滴操控

《Science Robotics》刊发：美国密歇根大学研发多功能膝关节外骨骼机器人

JBE | 伊斯兰阿扎德大学Mohammad H. Nadimi‑Shahraki | 混合元启发式算法

德国海德堡大学分子系统工程与先进材料研究所《Advanced Materials》| 绿色打印：用于光 3D 打印的微藻基材料

Droplet | 河南农大宋美荣、清华大学冯西桥教授团队 | 仿植物叶片的柔性液滴弹弓

Nature Machine Intelligence：基于强化学习的扑翼无人机机翼应变飞行控制

JBE | 吉林大学任露泉院士课题组 | 受细胞壁及骨骼肌启发的纤维主导软致动器研究

华中科技大学周华民/黄威团队Matter：抗冲击、高吸能复合材料的仿生制造！

Droplet | 湖北大学郭志光教授团队 | 用于高效油水分离的仿生多功能纤维材料

仿生传感丨北航蒋永刚课题组Advanced Science: 揭开洞穴鱼的头角“结构-功能”关系之谜——增强水下流场感知能力

JBE | 土耳其巴特曼大学Serdar Ekinci教授团队 | 一种可作为车辆巡航控制系统的PIDD2控制器

浙大谢涛/浙理工彭文俊《Science Advances》：双网络聚合顺序调控可3D打印液晶弹性体的驱动模式

JBE | 日本Kagawa University研究团队 | 采用双侧或单侧辅助机器人的双侧康复系统

大连理工大学 | 一种适用于可伸缩—弯曲连续体机器人的灵活头部跟随算法

Droplet | 广东工业大学陈颖教授团队 | 热毛细流动实现双重乳液内液滴释放

【ACS Energy Lett.】水上机器人连续运动固-液摩擦电机制实现水体化学/生物信息自主感知

Advanced Materials 青蛙启发的电磁辐射感知型微纤维两栖机器人

超人手功能的软体指尖：磁触觉感知兼具吸附抓取能力

JBE | 中国矿业大学葛世荣研究员团队丨振动触觉：人造潘申尼小体的综述

深圳大学陈光明教授课题组AFM：基于一体式无接点p-n热电器件的高时空分辨率仿生温度传感器

Droplet | 香港中文大学徐磊教授团队 | 流体超构材料的设计原理、实验以及应用

东南大学团队发表软体机器人综述，探索驱动与传感集成新途径

JBE｜武汉理工大学郭智威教授课题组 | 仿生多孔结构材料的润滑性能

2024仿生科学与工程青年学术会议（IYCBSE 2024）在南京成功举办

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉