普渡大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了類似蜂鳥的飛行機(jī)器人，這些機(jī)器人通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，從而學(xué)習(xí)到鳥類每天使用的各種技術(shù)。
這意味著，通過模擬中學(xué)習(xí)后，機(jī)器人能“知道”如何像蜂鳥一樣自行移動(dòng)，比如辨別出何時(shí)要做出逃脫動(dòng)作。
（圖片來源：普渡大學(xué)視頻/生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室）
人工智能與靈活的撲翼相結(jié)合，也讓機(jī)器人能夠自學(xué)新技巧。即使機(jī)器人還看不到東西，它也能通過觸摸表面來感知。每次觸摸都會(huì)改變電流，這使研究人員意識(shí)到他們可以跟蹤電流。
普渡大學(xué)的機(jī)械工程副教授XinyanDeng說：“基本來說，機(jī)器人可以在看不到周圍環(huán)境的情況下創(chuàng)建出地圖。這可能有助于機(jī)器人在黑暗的地方搜尋受害者，同時(shí)，這也意味著如果我們能讓機(jī)器人有看到東西的功能，那么它就可以少加一個(gè)傳感器。”
團(tuán)隊(duì)的研究人員將于5月20日在蒙特利爾舉行的2019年IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國際會(huì)議上展示他們的作品。
由于傳統(tǒng)空氣動(dòng)力學(xué)的工作原理，無人機(jī)無法制成無限小的形態(tài)。否則，它們無法產(chǎn)生足夠的升力來支撐它們的體重。
但是蜂鳥不使用傳統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)，并且，它們的翅膀具有彈性。Deng說：“這是物理性質(zhì)上的不同?？諝鈩?dòng)力學(xué)本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，具有高攻角和高升力。這使小型飛行動(dòng)物的存在變成可能，也讓我們縮小撲翼機(jī)器人變成可能。”
多年來，研究人員一直試圖解碼蜂鳥飛行，這樣機(jī)器人就可以在大型飛機(jī)無法飛行的地方飛行。2011年，由美國國防部*研究計(jì)劃局委托的AeroVironment公司就制造了一種蜂鳥機(jī)器人，它比真實(shí)的蜂鳥更重，但是速度又沒那么快，具有類似直升機(jī)的飛行控制和有限的機(jī)動(dòng)性。它需要人類不停地遠(yuǎn)程控制。
多年來，Deng的團(tuán)隊(duì)和她的合作者一直在蒙大拿州研究蜂鳥。他們記錄蜂鳥的關(guān)鍵動(dòng)作，比如快速轉(zhuǎn)動(dòng)180度，并將它們轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)算法，從而使機(jī)器人在模擬時(shí)可以學(xué)習(xí)。
對(duì)昆蟲和蜂鳥物理學(xué)的進(jìn)一步研究使普渡大學(xué)的研究人員能夠制造出比蜂鳥更小的機(jī)器人——甚至可以像昆蟲一樣小，并且不影響它們飛行的方式。Deng表示，尺寸越小，翅膀拍打的頻率就越大，飛行效率就越高。
（這個(gè)蜂鳥機(jī)器人在連接能量源的同時(shí)就可以自行飛行，但不久還將通過電池供電。圖片來源：普渡大學(xué)視頻/生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室）
蜂鳥機(jī)器人的身體和翅膀都是3D打印的，且由碳纖維和激光切割膜制成。研究人員制作了一個(gè)重達(dá)12克的蜂鳥機(jī)器人，通常，這是一個(gè)成年蜂鳥的重量，并且，它可以舉起超過自身重量27克的物體。另外，研究人員還制作出了一個(gè)重達(dá)1克的昆蟲大小的機(jī)器人。
要設(shè)計(jì)出具有更高升力的機(jī)器人，研究人員就要提供更多的擺動(dòng)空間，*再加上電池和傳感技術(shù)，比如相機(jī)或GPS。研究人員表示，目前，機(jī)器人在飛行時(shí)需要被連接到一個(gè)能源上，但這種情況不會(huì)持續(xù)太長時(shí)間。
機(jī)器人可以像真正的蜂鳥一樣安靜地飛行，使它們更適合秘密行動(dòng)。研究人員通過測試油箱中動(dòng)態(tài)縮放的翅膀，從而證明了它們?cè)谕牧鲿r(shí)也能保持穩(wěn)定。
這個(gè)蜂鳥機(jī)器人只需要兩個(gè)電機(jī)，并且每個(gè)電機(jī)都可以獨(dú)立控制每個(gè)翅膀，這就是飛行動(dòng)物在自然界中進(jìn)行高度敏捷操作的原理。
Deng說：“真正的蜂鳥有多組肌肉可以做飛行和轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作，但是機(jī)器人的重量應(yīng)該盡可能的輕些，這樣機(jī)器人就能以*小的重量具有*大的性能。”
蜂鳥機(jī)器人不僅可以幫助進(jìn)行搜索和救援任務(wù)，還可以讓生物學(xué)家通過逼真的機(jī)器人感官更好地在自然環(huán)境中研究蜂鳥。
Deng說：“我們從生物學(xué)中學(xué)到了如何創(chuàng)造出這個(gè)機(jī)器人，現(xiàn)在，通過機(jī)器人的額外幫助，我們也能獲得更多的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)。”
這個(gè)技術(shù)的模擬已在https://github.com/purdue-biorobotics/flappy上開源，感興趣的話，可以點(diǎn)擊查看。
這個(gè)蜂鳥機(jī)器人的早期工作，包括了與蒙大拿大學(xué)布雷特托巴爾斯克小組合作的蒙大拿蜂鳥實(shí)驗(yàn)，得到了國家科學(xué)基金會(huì)的資助。
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