蜂鸟机器人使用AI很快就会去无人机无法到达的地方

什么能像鸟一样飞翔,像昆虫一样盘旋?

你友好的邻居蜂鸟。如果无人机具有这种组合,他们将能够通过倒塌的建筑物和其他杂乱的空间更好地操纵以找到被困的受害者。

普渡大学的研究人员设计了类似蜂鸟的飞行机器人,这些机器人基于鸟类每天自然使用的各种技术,通过机器学习算法进行训练。

这意味着在从模拟中学习之后,机器人“知道”如何像蜂鸟一样自行移动,例如辨别何时执行逃生机动。

人工智能与灵活的扑翼相结合,也让机器人能够自学新技巧。例如,即使机器人还看不到,它通过触摸表面来感知。每次触摸都会改变电流,研究人员意识到他们可以跟踪电流。

“机器人基本上可以在不看周围环境的情况下创建地图。这可能对机器人在黑暗的地方寻找受害者的情况有所帮助 - 这意味着当我们给机器人提供能力时,可以减少一个传感器看,“普渡大学机械工程副教授邓新艳说。

研究人员将于5月20日在蒙特利尔举行的2019年IEEE机器人与自动化国际会议上展示他们的作品。可从https://youtu.be/jhl892dHqfA获取YouTube视频。

由于传统空气动力学的工作方式,无人机不能制成无限小。他们无法产生足够的升力来支撑他们的体重。

但蜂鸟不使用传统的空气动力学 - 它们的翅膀具有弹性。“物理学本质上是不同的;空气动力学本质上是不稳定的,具有高迎角和高升力。这使得小型飞行动物能够存在,并且我们也可以缩小扑翼机器人,”邓说。

研究人员多年来一直试图解码蜂鸟飞行,这样机器人就可以在大型飞机无法飞行的地方飞行。2011年,由美国国防部DARPA委托的AeroVironment公司制造了一种机器人蜂鸟,它比真实的蜂鸟重,但速度不快,具有类似直升机的飞行控制和有限的机动性。它需要一个人在任何时候都在遥控器后面。

邓的小组和她的合作者在蒙大拿州的多个夏天研究蜂鸟。他们记录了关键的蜂鸟动作,例如快速转动180度,并将它们转换为机器人在连接到模拟时可以学习的计算机算法。

对昆虫和蜂鸟物理学的进一步研究使普渡大学的研究人员能够制造出比蜂鸟更小的机器人 - 甚至像昆虫一样小 - 而不会影响它们飞行的方式。邓说,尺寸越小,机翼拍打频率越大,飞行效率越高。

这些机器人拥有3D打印机身,由碳纤维和激光切割膜制成的机翼。研究人员建造了一个重​​12克的蜂鸟机器人 - 一般成人Magnificent Hummingbird的重量 - 和另一个重1克的昆虫大小的机器人。蜂鸟机器人可以举起超过自重的重量,高达27克。

设计具有更高升力的机器人为研究人员提供了更多的摆动空间,最终可以添加电池和传感技术,例如相机或GPS。研究人员说,目前,机器人在飞行时需要被束缚在能量源上 - 但这种情况不会持续太长时间。

机器人可以像真正的蜂鸟一样静静地飞行,使它们更适合秘密行动。他们通过湍流保持稳定,研究人员通过测试油箱中动态缩放的机翼证明了这一点。

机器人只需要两个电机,可以独立控制每个机翼,这就是飞行动物在自然界中进行高度敏捷操作的方式。

“实际的蜂鸟有多组肌肉可以做动力和转向,但是机器人应该尽可能轻,这样你就能以最小的重量获得最大的性能,”邓说。

机器人蜂鸟不仅可以帮助进行搜索和救援任务,还可以让生物学家通过真实机器人的感官更可靠地在自然环境中研究蜂鸟。

“我们从生物学中学到了建造机器人,现在生物学发现可以在机器人的额外帮助下发生,”邓说。

该技术的模拟可在https://github.com/purdue-biorobotics/flappy上获得。

早期工作,包括与蒙大拿大学布雷特托巴尔斯克小组合作的蒙大拿蜂鸟实验,得到了国家科学基金会的资助。

这项工作与Purdue的Giant Leaps庆祝活动保持一致,承认该大学在人工智能,算法和自动化方面取得的全球进步是普渡大学成立150周年的一部分。这是为期一年的庆祝活动创意节的四个主题之一,旨在展示普渡大学作为解决现实问题的知识中心