瑞士开发出受鸟类启发的机械腿固定翼无人机

科技   2024-12-10 09:00   重庆  

    瑞士研究人员开发出一款突破性的固定翼无人机,它通过结合受鸟类启发的机械腿,使其能够像生物同类一样行走、跳跃和起飞,挑战了传统的无人机设计范式。这款创新平台被称为 RAVEN(适用于多种环境受鸟类启发的机器无人机),代表着在解决固定翼和旋翼无人机的局限性方面取得了重大进展。

    洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的研究团队在无人机设计方面面临一项根本挑战:虽然固定翼飞机比四轴飞行器具有更高的飞行效率,但它们通常需要跑道或发射器才能起飞。在工程师 Won Dong Shin 的带领下,该团队通过研究鸟类生物力学,特别是研究小嘴鸦等鸟类的腿部质量比,开发出了一种新颖的解决方案。

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    最终的机器人腿重约230克,采用创新的两段式设计,在保留功能性的同时消除了膝关节。一个特别巧妙的元素是在踝关节中加入了扭转弹簧,模仿了鸟腿中的能量储存和释放机制,将跳跃速度提高了25%。

    这项研究最出人意料的发现或许是跳跃起飞方法的卓越能源效率。虽然传统观点认为额外的机械复杂性会导致能源损失,但数据却表明并非如此。跳跃起飞虽然比垂直起飞需要多7.9%的能量,但事实证明,其能量与加速度的比率是垂直起飞的9.7倍。

    RAVEN在踝关节处嵌入了一个扭转弹簧,当机器人的腿蹲下时,它会将能量储存在弹簧中,然后当腿伸展时,弹簧与电机一起产生更高的跳跃速度。

    研究团队已经在规划改进措施,包括集成视觉和触觉传感器、开发可折叠机翼以增强在狭小空间内的机动性,以及可能实施扑翼功能以进一步模仿鸟类着陆技术。


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