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2016年6月27日
研究
微型飛行機械人的節能裝置

馮美玲
哈佛大學機械人專家團隊和一名城大工程師聯合研製出節能裝置,使微型飛行機械人可在空中逗留更長時間。該技術可用於提供災區俯瞰圖像,或偵測有害化學品。
 
這個研究項目題為「昆蟲機械人借助可切換靜電吸附裝置在天然和人工突出物上的棲落與起飛」,今年5月在著名的《科學》雜誌發表。
 
在大部分應用情況下,飛行機械人能在高空逗留長時間十分重要,但目前使用的機載動力系統及機械疲勞限制了飛行時間,較小的、使用電池的機械人尤其受影響。
 
這個解決方案採用仿生方法。研究小組發現,微型機械人在飛行中「棲落」在天然或人造結構上可以節省能源。他們在微型機械人頂部嵌入可切換的靜電吸附裝置(厚度少於200納米),使機械人能夠「棲落」。
 
該論文作者之一、城大機械及生物醫學工程學系助理教授Pakpong Chirarattananon博士:「這種微型機械人利用靜電(與帶靜電的氣球吸附在牆上的那種力相同),可附着在玻璃、木頭和樹葉等幾乎任何表面,亦可在這些表面上起飛。要使它與表面分離,只需切斷電源。」
 
他解釋,飛行機械人棲落時所消耗的動力,約比持續飛行少1000倍。機械人吸附懸掛於結構之下,也有助觀察地面或發送信號,及躲避極端天氣。這個機械裝置重13.4毫克,而微型機械人總重約為100毫克。
 
Chirarattananon博士在哈佛大學攻讀博士學位時,開始研究仿昆蟲鼓翼機械人的動力學和控制裝置。2014年,他及其研究團隊研製出了世界上最小最輕的仿昆蟲飛行機械人,名為「機器蜂」。
 
他說:「微型機械人較為敏捷、成本較低。它們可大量部署以協調工作。比如說,一群裝有傳感器、昆蟲大小的飛行機械人,可用作採集空氣污染的詳細資訊。」它們還可用來監測災區、偵測危險化學品、確保臨時通訊網路的信號發送穩定,以及輔助農作物授粉等。
 
這種機械人現借助外置照相機及電腦控制飛行,哈佛大學Robert Wood教授領導的團隊正研究適用於這種機械人的控制系統、電源等,令此類昆蟲機械人成為全自動的無線機械人。Chirarattananon博士目前於城大進行微型飛行器及仿生機械人的研究。
 
這篇論文的作者還麻省理工學院的Moritz Graule先生、哈佛大學的Sawyer Fuller博士Noah Jafferis博士K. Y. Ma博士Robert Wood教授SRI國際的Roy Kornbluh先生以及伊利諾理工學院的Matthew Spenko博士