图 | 相关论文(来源:受访者)
谈及研究初衷,Kevin Chen 表示很多无人机都非常大,且多数用于户外飞行。但是几乎没有可在复杂、混乱空间中飞行的昆虫大小的无人机。
他说,“昆虫无人机”的构造,完全不同于大型无人机,后者通常由电动机提供动力,把这种电动机缩小后并用在“昆虫无人机”中,其效率反而会降低,因此要给“昆虫无人机”寻找电动机的替代品。
图 | 起飞中的“昆虫无人机”(来源:受访者)
此前的主要替代方案,是采用由压电陶瓷材料制成的小型刚性执行器,但这种执行器非常脆弱,如果把它用于“昆虫无人机”,很难承受大约一秒一次的碰撞。为此,他们研发出一种新型弹性介电体驱动器。
“昆虫无人机”的 “心脏”:新型弹性介电体驱动器据悉,Siyi Xu和Kevin Chen通过使用软驱动器,设计出一种弹性更好的新型弹性介电体驱动器,这种驱动器由薄橡胶圆柱体制成,圆柱体上包裹着碳纳米管。
图 | 由驱动器提供动力的 665 mg “昆虫无人机”的透视图(来源:受访者)
当给碳纳米管输送电压时,静电压力就会产生,进而会挤压和拉长橡胶圆柱体,这种反复的挤压和拉长,可让“昆虫无人机”的翅膀快速扇动。
图 | 振翅飞行(来源:受访者)
概括来说,驱动器是提升无人机性能的关键。在驱动器中,弹性体片材的长度、宽度和厚度分别为 8 毫米、50 毫米和 210 微米。在弹性体被卷成圆筒后,碳纤维帽被连接到两端,并能同时连接电气和机械。
制作过程中,该团队通过降低接触电阻、来提高电阻生产效率。总之,这种新的驱动器可在更高电压和更高频率条件下驱动,并且在共振和自由位移测试中表现更好。
最终设计出的驱动器,可让翅膀每秒钟拍动 500 次,无人机借此拥有真正类似昆虫的灵活性。
在飞行时,如果你用手击中它,它也能像拍不死的蚊子一样,可在 0.16 秒内恢复飞行,此外还能进行空中翻腾等动作。