無人機機身的設計靈感來自藥丸蟲

無人機機身的設計靈感來自藥丸蟲

四軸飛行器有非凡的特技表演能力，但即使是最熟練的飛行員和算法也無法避開每一個障礙。這就是為什麼香港城市大學機械工程系和生物醫學工程系的兩名科學家開發了一種靈感來自摺紙(和昆蟲)的機身，他們在最新出版的一篇預印本論文中描述了這種機身(“一個帶有摺紙靈感保護機制的四旋翼”)。當一架裝有這種框架的四軸飛行器在飛行途中與另一物體相撞時，該設計會機械展開，重新配置其結構，以保護相機、電腦和熱傳感器等敏感部件。

“隨著(無人機)任務的複雜性增加，它不可避免地增加了失敗的幾率。儘管試圖規避事故，但仍有可能出現無法預料的情況，導致意外的碰撞，破壞航班的穩定。合著者寫道。“隨後的墜落可能會對機器人造成毀滅性的傷害。

科學家們說，機身的摺疊機制是模仿藥丸蟲的“聚集”行為，即它們分塊的外骨骼緊緊捲曲，以保護敏感的內臟。同樣，研究人員的剛性機身沿著四個彎曲鉸鏈變形，這些鉸鏈直接連接到屏蔽無人機的基座上。

機身重14.9克，由一塊地磚、夾在玻璃纖維之間的聚酰亞胺可摺疊臂、一個摺疊耦合器和摺疊觸發器組成。無人機螺旋槳的垂直推力產生向上的力量，其扭矩使機身的手臂不會過早摺疊。碰撞時，撞擊旋轉折疊觸發器，推動手臂的一部分，克服摺疊軸上方的扭矩，一點一點地調整關節，直到整個結構摺疊起來。

“機身……保護(無人機的)身體免受墜落。開發的原型利用智能機械設計來克服結構剛度的矛盾要求，”團隊寫道。“通過將一對平面結構垂直對齊，我們獲得了所需的剛度。聯鎖機構，或關節限制，讓機器人利用推力保持飛行狀態。”

為了驗證他們的設計，研究人員在飛行中以大約1.5英里每小時的速度撞毀了一架裝有機身的四軸飛行器。這架無人機在落地前不到0.2秒就摺疊好了，研究人員表示，這意味著它可以適應載重量較低的小型無人機。

“所提出的機制並不能保護機器人免受頂部或底部碰撞，”合著者寫道。“(然而，它)已經在靜態測量和實際飛行中得到了實驗驗證。”