华盛顿州立大学的研究人员开发了一种可以在各个方向完全飞行的机器蜜蜂。

Bee ++原型机拥有四个由碳纤维和聚脂薄膜制成的机翼以及四个控制每个机翼的轻型驱动器， 是第一个能够在各个方向稳定飞行的原型机。这包括被称为偏航的棘手扭转运动，Bee ++ 完全实现了典型飞行昆虫所显示的六度自由运动。

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在 WSU 机械与材料工程学院 Flaherty 副教授 Néstor O. Pérez-Arancibia 的带领下，研究人员在 IEEE 机器人学报期刊上报告了他们的工作。 Pérez-Arancibia 将在本月底的 IEEE 机器人与自动化国际会议 上公布研究结果 。

Pérez-Arancibia 说，30 多年来，研究人员一直在尝试开发人造飞行昆虫。它们有朝一日可以用于许多应用，包括人工授粉、狭小空间内的搜索和救援工作、生物研究或环境监测，包括在恶劣环境中。

但是，仅仅让微型机器人起飞和着陆就需要开发像昆虫大脑一样运作的控制器。

“这是机器人设计和控制的混合体，”他说。“控制是高度数学化的，你需要设计一种人工大脑。有人称之为隐藏技术，但没有那些简单的大脑，什么都行不通。”

研究人员最初开发了一种双翼机器蜜蜂，但它的运动受到限制。2019 年，Pérez-Arancibia 和他的两名博士生首次打造了一个足以起飞的四翼机器人灯。为了进行两个称为俯仰或滚动的动作，研究人员让前翼以与后翼不同的方式拍打以进行俯仰，并使右翼以与左翼不同的方式拍打以进行滚动，从而产生使机器人旋转的扭矩它的两个主要水平轴。

但他说，能够控制复杂的偏航运动非常重要。没有它，机器人就会失去控制，无法专注于一个点。然后他们崩溃了。

“如果你不能控制偏航，你就非常有限，”他说。“如果你是一只蜜蜂，这里就是花，但如果你无法控制偏航，你就会在试图到达那里时一直在旋转。”

拥有所有程度的运动对于规避机动或跟踪物体也至关重要。

“这个系统非常不稳定，而且这个问题非常难，”他说。“多年来，人们对如何控制偏航有理论上的想法，但由于驱动限制，没有人能够实现它。”

为了让他们的机器人以可控的方式扭曲，研究人员从昆虫那里得到了启发，移动了翅膀，使它们在一个倾斜的平面内拍打。他们还增加了机器人每秒拍打翅膀的次数——从每秒 100 次增加到 160 次。

“部分解决方案是机器人的物理设计，我们还发明了一种新的控制器设计——告诉机器人做什么的大脑，”他说。

Bee ++的重量为 95 毫克，翼展为 33 毫米 ，仍然比重约 10 毫克的真正蜜蜂大。与真正的昆虫不同，它一次只能自主飞行约五分钟，因此它主要通过电缆拴在电源上。研究人员还致力于开发其他类型的昆虫机器人，包括爬虫和水黾。

Pérez-Arancibia 在南加州大学的前博士生 Ryan M. Bena、Xiufeng Yang 和 Ariel A. Calderón 共同撰写了这篇文章。这项工作由国家科学基金会和 DARPA 资助。WSU 基金会和 Palouse 俱乐部通过 WSU 的 Cougar Cage 计划也提供了支持。