近日，由美國(guó)哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室打造的小型飛行機(jī)器人Robobee獲得了新突破——實(shí)現(xiàn)了在柔軟的“人造肌肉”驅(qū)動(dòng)下的受控飛行，即由軟驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)受控飛行。目前。這一成果刊登在最新一期的《Nature》上。

據(jù)悉，Robobee在撞到墻壁、地板、玻璃盒子或其他機(jī)器人時(shí)，可以“幸免于難”，這得益于研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的軟驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器具有足夠高的功率密度和可控性，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的懸停飛行。

為了實(shí)現(xiàn)軟驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的受控懸停飛行，研究人員重點(diǎn)解決兩方面的挑戰(zhàn)：開(kāi)發(fā)具有足夠功率密度（>200 W kg-1）的軟驅(qū)動(dòng)器，并設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)和控制策略以解決執(zhí)行非線性問(wèn)題。

首先，為了解決功率密度問(wèn)題，研究人員在開(kāi)發(fā)的電驅(qū)動(dòng)軟驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，并開(kāi)發(fā)了多層緊湊的DEA，其功率密度為600W kg-1，無(wú)需預(yù)應(yīng)變；其次，研究人員將DEA集成到輕巧的襟翼機(jī)構(gòu)中，并利用系統(tǒng)共振來(lái)消除由非線性換能引起的高次諧波；然后，DEA被安裝在輕型機(jī)身上，DEA的兩端連接到平面四桿變速器。同時(shí)，研究人員還設(shè)計(jì)了一個(gè)155 mg的襟翼模塊，這些模塊可以組裝成幾種配置，并展示出RoboBee各種飛行能力，如被動(dòng)穩(wěn)定的上升飛行和控制懸停飛行。四翼雙作動(dòng)器模型可以在雜亂的環(huán)境中飛行，并在一次飛行中克服多次碰撞。

研究人員表示，為了使軟體空中機(jī)器人能夠自主飛行，未來(lái)的研究需要降低軟執(zhí)行器的工作電壓，提高其功率效率，并進(jìn)一步提高其功率密度。為了提高轉(zhuǎn)換效率，研究人員可能會(huì)采用電驅(qū)動(dòng)軟執(zhí)行器的新架構(gòu)，例如電液Peano-HASEL執(zhí)行器，可以使用柔性金屬電極來(lái)減少電阻損耗；為了提高功率密度，研究人員可能探索具有更高介電強(qiáng)度和更低粘彈性的電活性聚合物，并將其納入未來(lái)的柔軟人工飛行肌肉中。

哈佛微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室由Robert Wood教授建立，隸屬哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院。該實(shí)驗(yàn)室擁有新型機(jī)器人設(shè)計(jì)、制備、測(cè)試的多種儀器和設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)性的方法來(lái)開(kāi)發(fā)機(jī)器人，并用于研究微機(jī)械、致動(dòng)技術(shù)、流體力學(xué)、控制和微電子學(xué)中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。該實(shí)驗(yàn)室研究方向分為微型機(jī)器人、仿生機(jī)器人和軟體機(jī)器人三類，曾誕生過(guò)RoboBee、 HAMR、Octobot等著名的機(jī)器人系統(tǒng)。