昆虫大小的轻型飞行机器人可能在现实世界中有很高的应用价值，例如能支持搜索和救援任务，在危险地点的检查，甚至应用在太空探索上。

尽管这些机器人有潜力，但到目前为止，实现它们的实际应用仍然很困难，特别是由于在试图稳定它们的飞行和人为复制昆虫固有的盘旋能力时遇到的技术问题。

华盛顿大学的研究人员最近开发了一种飞行控制和风感系统，可以帮助解决这一具有挑战性的机器人问题，最终使小如蚊虫的机器人能够稳定飞行。该系统在《科学机器人》《Science Robotics》，杂志上做了介绍，基于加速度计的使用，加速度计是一种传感器，可以测量任何移动设备、物体或身体的加速度。

“近40年来，机器人专家和微加工专家一直梦想着创造出只有几毫克重的‘蚊子大小’机器人，这是由伯克利的Anita Flynn首先提出的，”进行这项研究的研究人员之一告诉媒体。

Sawyer Fuller和Rodney Brooks后来写了一篇有趣的论文：《快速、廉价、失控:机器人入侵太阳系》《'Fast, cheap, and out of control: a robot invasion of the solar system》，建议派遣微型机器人探索太阳系，也被称为“智能尘埃”，这样的机器人要比我们实验室的学生们迄今为止发明的100毫克大黄蜂大小的机器人小得多。”

近年来，世界各地的许多机器人专家一直在尝试为体重10毫克或更轻的昆虫大小的机器人创建驱动系统，其中许多人成功了，包括伯克利大学和陆军研究实验室的研究人员。然而，到目前为止，可靠地稳定和控制这些难以置信的小型机器人的飞行是有问题的。

Fuller解释说：“一般来说，小型扑翼机器人和无人机在没有反馈控制的情况下是不稳定的。如果你打开机翼或旋翼，它们很快就会从空中掉下来。苍蝇被认为是利用陀螺笼头作为反馈来进行补偿的。所以，一个显而易见的解决方案是在机器人设计中添加陀螺仪。”

美国四分之一美元硬币上 10 毫克“小昆虫机器人”的航空电子设备组件图像。它们包括一个 2毫克的陀螺仪、一个 3毫克的微处理器和一个1毫克的视觉光流传感器。

虽然陀螺仪的集成理论上可以帮助克服与小型飞行机器人飞行相关的技术问题，但目前可用的陀螺仪远不及在这种轻型设备上飞行所需的重量或效率。迄今为止开发的最轻的陀螺仪重15毫克，比整个蚊子大小的机器人重5毫克。

Fuller说：“我们提出的这个问题的解决方案起源于我的博士论文，在那里我发现苍蝇利用它们羽毛状天线的风感来控制它们的飞行。我们在这篇论文中展示了，你可以像苍蝇一样，用一种不同类型的传感器——加速度计来测量空速。最大的好处是，加速度计天生就比陀螺仪小得多，效率更高。它们是现成的，只有2毫克。”

除了比陀螺仪轻得多之外，当有良好的机器人动力学模型时，加速度计还可以帮助估计机器人的飞行倾斜角。在他们的设计中，Fuller和他的同事还包括一个同样轻的光流传感器和一个微型微处理器，用来估计机器人的高度和风的强度。

Fuller说：“当我们将我们的系统对一阵风的模拟反应与果蝇对同一阵风的反应进行比较时，我们发现这两个系统的表现非常相似。所以现在我们有一个关于昆虫飞行控制的有趣假设来测试。也就是说，像蜜蜂和飞蛾这样没有陀螺仪的飞行昆虫，可能能够通过它们的天线感知风来稳定它们不稳定的飞行动态。”

Fuller和他的同事们用一个30克重的机器人在模拟和真实实验中测试了他们的系统，发现它可以成功地稳定飞行，使其能够复制果蝇的飞行动态。在未来，他们希望它能在许多其他飞行机器人上应用和测试，包括重量为10毫克或更轻的机器人。

Fuller补充说：“我们能够基于现成的部件创建一个稳定的飞行控制系统，这些部件足够小，可以容纳一个蚊子大小的机器人。我们的系统也可以适用于更大的机器人，比如100mg的UW Robofly，可以为更大的电池或其他传感器提供更多的有效载荷。在我们接下来的研究中，我们计划在UW Robofly上演示它的飞行。”

原文链接：https://techxplore.com/news/2022-12-gyroscope-free-efficiently-flight-insect-size-robots.html

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq8184

---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---