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研究人员模仿昆虫的眼斑来制造光传感器来控制苍蝇大小的无人机

商业 2019-12-23 16:35:18

来自哈佛大学和麻省理工学院的一个联合研究小组将一个光传感器加入到一个小型无人机上,使其能够维持稳定,并且是在如此小尺度上首次已知的机载传感器的使用。在发表在《皇家学会界面》杂志上的论文中,团队描述了他们如何复制在各种昆虫上发现的天然八里elli,以允许稳定这样的微型无人机,从而消除了对外部摄像机的需求。

随随便便的观察者会注意到,许多昆虫都是飞行高手。他们四处张望,一接到通知就飞奔改变方向,这一切都是在保持稳定的同时进行的。他们是如何做到这一点的,目前还只是部分了解。科学家们确实知道,部分原因与在许多昆虫头部发现的奥切利有关--这是一套与复眼不同的三种光感应器。先前的研究表明,它们对地平线的反应,或者可能是来自太阳的光。在这项工作中,研究人员试图创造一个硬件版本的奥切利,并将它安装在一个微小(106毫克)无人机的头部,这将使用它来保持直立的立场,它的飞行。其结果是,一架主要由碳纤维制成的无人机能够做到这一点,这标志着如此微小尺寸的无人机首次在没有外部摄像头的情况下能够做到这一点。

光感应器是通过将光电晶体管焊接到一个定制的电路板上制成的,然后折叠成一个金字塔形状,然后将人造的奥切利连接到看上去像蚊子的无人驾驶飞机的顶部。无人机的动力和控制是由一个外部来源提供的系绳。虽然试飞时间很短,不到半秒钟,但光感应器证明了这一概念是可行的--可以制造小型无人机,在不依赖摄像头的情况下保持平衡。

这样的小型无人机可能在灾难中证明是有用的,在寻找幸存者的微小空间中,或者在其他应用中,比如授粉植物,如果蜜蜂继续死亡。当然,只有在新的研究结果才能掌握和控制这种无人机的束缚时,才会发生这种情况。

进一步探讨

将飞行机器人缩放到苍蝇或蜜蜂的大小,需要在制造、传感和控制方面取得进展,并将提供对其生物对应机构使用的机制的见解。在该比例的受控飞行之前已经要求外部摄像机提供反馈以调节保持不稳定机器人从翻滚所必需的连续校正操作。飞行昆虫使用的一个稳定机制可能是使用OCDelli来检测地平线或太阳,一组与复眼不同的三个光传感器。在这里,我们介绍了一个Ocelelli启发的视觉传感器,并使用它来稳定飞行尺寸的机器人。我们提出了一种反馈控制器,其将转矩与由Ocelelli估计的光源的角速度成比例地施加转矩。我们从理论上和经验上证明,这足以稳定机器人的垂直方向。这构成了在该尺度上的机载传感器的第一已知用途。双翅目昆虫使用哈特雷斯提供陀螺速度反馈,但它不知道其他昆虫如蜜蜂在没有这些感觉器官的情况下稳定飞行。我们的结果是,使用类似大小和动力学的车辆到蜜蜂,建议OCelli如何能够发挥这一作用。

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