轻轻一推翅膀,无人机即可在1.1秒内完成翻转:

通过迅速旋转翅膀并调整到减轻飞行负担的角度:

在你反应过来之前,它已经“嗖”的一声从地面飞起:

不仅在平地上能轻松翻转,它也能在碎石、木屑和斜坡上自如应对,宛如灵活的甲虫~

这项研究成果已在IEEE上发表,你再也不必担心无人机在奇怪地方摔倒的问题了!

这架无人机借鉴了甲虫的设计,配备了两对翅膀:鞘翅(elytRon)和后翅(Hind-wing)。

其中,鞘翅负责“翻身”、保护机翼及提供升力,而后翅则主要用于飞行。
下图展示了这架无人机的结构:

从图中可以看出,控制鞘翅需要采用鞘翅俯仰控制伺服系统(pITcHing elytRon seRvos)。
伺服系统是一种反馈控制机制,能够精准调整物体的位置、方位和状态,灵活应对输入目标,调节力矩、速度和位置。
该系统主要依赖伺服电机驱动,控制鞘翅进行扭转或平移。
无人机的其他部件参数如下:

实验结果表明,鞘翅越长,无人机翻身的成功率越高,所需时间越短,因此团队最终选用了17厘米的鞘翅。

这有效解决了小型无人机在“躺平”时需要手动调整的问题。
同时,机翼在无人机上升时也能提供动力。
这款“甲虫”无人机的表现如何?
仅需1.1秒,就能在斜坡和平地完成翻转。
从翻转速度来看,这架无人机大约只需1秒钟便可完成翻转。

当然,设计后的无人机在适应地形方面表现出色,包括斜坡和多种路面都能顺利翻转。
在最高30°的斜坡上,这架无人机也能成功翻转(超出30°会出现打滑现象):

在不同路面条件下,这架无人机在人行道、碎石路、木屑覆盖地面等五种地形上的翻转成功率均达到了100%。
对于草地和沙地等复杂地形,成功率也在20%~40%之间。

从设计上看,与其他自适应机器人相比,“甲虫”无人机的结构要简洁得多。
例如,“扶墙走”或“变形”的自适应机器人通常需要复杂的机械设计;而参考蟑螂设计的飞行机器人则限制了机翼的伸展和升力。
普通无人机为了防止翻倒进行的设计,往往会增加重量,降低动力。
而通过添加一对甲虫翅膀,这不仅为无人机提供了升力和位置调整的能力,还显著简化了设计复杂度。
这让人联想到《Minecraft》中的鞘翅,作为飞行工具,鞘翅在滑翔时会向两侧展开:

如今,这种游戏效果已经在无人机上实现。
团队介绍:
这几位作者来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)智能系统实验室。
实验室专注于人工智能与机器人研究,包括生物机器人和人机融合等领域。

实验室负责人达里奥·弗洛雷诺(DaRio FloReano),引用次数已达28341次,其单篇论文最高引用次数超过2500。

该论文的第一作者查拉姆波斯·沃尔茨里斯(ChaRaLAMPos VouRtsis),除了从事机器人研究外,还涉及3D打印项目和计算机视觉,例如3D打印树莓派。
接下来,团队计划进一步优化这架无人机,使其成为一种“保护壳”,以保护机翼在碰撞时不受损。
想要深入了解甲虫无人机的朋友,可以查看下方的论文。
论文地址:
https://ieeexploRe.ieee.oRg/docuMent/9479684
