微型機器人領(lǐng)域研究人員面臨的關(guān)鍵問題之一是為昆蟲規(guī)模的微型飛行器（FWMAV）設(shè)計和實現(xiàn)可靠的控制器，fwmav是典型的受昆蟲啟發(fā)的微型飛行機器人。實際上，盡管這些昆蟲大小的機器人可以有許多有用的應用，例如，協(xié)助人類進行搜索和救援任務(wù)或農(nóng)業(yè)，但是迄今為止，開發(fā)出與其尺寸和結(jié)構(gòu)相匹配的控制器非常困難。
南加州大學（USC）的研究人員最近進行了一項研究，探討了設(shè)計這些控制器的挑戰(zhàn)。他們在arXiv上預先發(fā)表的論文中，介紹了一種新的統(tǒng)一方法，該方法可以為控制FWMAV的更有效技術(shù)的發(fā)展提供信息。該研究背后的研究人員是自主微機器人系統(tǒng)實驗室（AMSL）的一部分，該實驗室是20年前在加州大學伯克利分校開始的研究項目的繼承者，該研究項目從2005年開始在哈佛大學啟動，并于2013年到達南加州大學。
首席研究員（PI）內(nèi)斯特·奧·佩雷斯·阿蘭比亞（Nestor O Perez-Arancibia）教授說：“作為一個微型機器人研究團隊，我們與微機器人界的許多人有著相同的夢想——創(chuàng)造出可以在高度非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中智能運行的完全自主的人工昆蟲。”他告訴作者。“就個人而言，我受到大自然的啟發(fā)，雖然我們的機器（包括Bee +）是一項了不起的工程，但在特技飛行能力，致動，傳感，計算能力等方面仍落后于真正的昆蟲。”
Perez-Arancibia多年來一直在研究微機器人系統(tǒng)。他認為，如果從自然界中汲取靈感，例如觀察和復制蜜蜂，蝴蝶和蚊子的行為或特征，最終將可以改善所有人造機器。
在他們的研究中，Perez-Arancibia和他的同事們使用兩種不同的實驗平臺研究了控制飛行昆蟲的方法：一種類似Bee的兩翼機器人和一種在南加州大學（USC）開發(fā)的四翼Bee +微機器人。在一系列實驗中，他們證明能夠采用四元數(shù)坐標進行姿態(tài)控制的技術(shù)（該技術(shù)旨在控制具有四個轉(zhuǎn)子的無人飛行器）同時用于驅(qū)動這兩種機器人昆蟲。
“我們能夠簡化許多研究人員認為非常困難的事情，” Perez-Arancibia說。“我想相信這是一個實例，在該實例中，智能建模（即通過從新的'更好'的角度看問題），我們可以理解和分析看似棘手的復雜現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以幫助我們開發(fā)更好的機器人設(shè)計，特別是在空氣動力產(chǎn)生、機構(gòu)配置和致動方面。”
飛行的機械昆蟲Bee +。資料圖：楊秀峰
Perez-Arancibia及其同事進行的測試結(jié)果表明，他們采用的通用策略可用于控制具有某些共同特征的不同類型的人工昆蟲。他們特別展示了這種策略在兩翼機器人和四翼Bee +機器人上的有效性，但它也有可能應用于其他類似昆蟲的微型機器人。
Perez-Arancibia認為，通過遵循將致動和飛行控制的問題解耦的高級控制方法，可以確定這個可在多個平臺中使用的通用算法。例如，這種方法可以使研究人員使用19克四旋翼飛機開發(fā)新的特技飛行算法，隨后可在95毫克四翼Bee +上實現(xiàn)。
Perez-Arancibia說：“這很重要，因為隨著機器人飛行器變得越來越小，它們也變得更難制造，更難處理且價格更高。” “因此，正如我們的論文所示，可以使用相同的方法來為重量差異高達兩個數(shù)量級的平臺合成控制器這一事實具有重要意義，從研究和實踐角度來看都是有意義的。”
將來，由南加州大學的研究人員團隊引入的方法可能會為昆蟲樣微型機器人的新控制器的設(shè)計和實施提供新思路。此外，在接下來的幾個月中，Perez-Arancibia和他的同事們將在一個不同的項目上開展工作，該項目旨在創(chuàng)建第一個完全自主飛行的人工昆蟲。
“目前，阻止微型機器人專家實現(xiàn)亞克級自主飛行的主要限制是電池的能量密度極低，”佩雷斯-阿蘭奇比亞說。“我們將通過利用由催化反應驅(qū)動的人造肌肉來實現(xiàn)自主性飛行”
