只需1秒，無人機就能平地翻跟頭 | IEEE
參考甲蟲設計
蕭簫 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
翅膀輕輕一推，無人機翻身只需1.1秒：
迅速旋轉翅膀，調整成能減輕飛行重量的的角度：
在你反應過來之前，它已經“嗖”的一下從地上起飛了：
不僅平地能輕松翻身，碎石地、木屑地、斜坡也能輕松handle，簡直像甲蟲一樣靈活~
目前，這項研究已經登上IEEE。再也不用擔心自己的無人機掉在奇怪的地方了！
披了件甲蟲的“外衣”
這架無人機，確實也參考了甲蟲，用上了兩對翅膀：鞘翅（elytron）和后翅（hind-wing）。
其中，鞘翅主要負責“翻身”、保護機翼和提供上升動力，后翅則主要負責飛行。
下圖是這架無人機的機身構造圖。
從圖中可見，要控制這對鞘翅，需要用到鞘翅俯仰控制伺服系統（pitching elytron servos）。
伺服系統，用于精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統，使物體的位置、方位、狀態，能跟隨輸入目標（或給定值）進行靈活變化，能有效調節力矩、速度和位置。
其中，伺服系統主要依靠伺服電機提供動力，控制鞘翅做出扭轉或平移的動作來。
無人機的其他部件參數如下：
經過實驗發現，鞘翅越長，無人機“翻身”的成功率更高、所需時間更短。因此團隊最后選擇了17cm的鞘翅。
這就輕松解決了小型無人機在“躺平”時，需要人手動調整的麻煩。
同時，機翼還能在無人機上升時提供動力。
這個“甲蟲”無人機的性能如何？
只需1.1秒，斜坡平地都能翻
從翻身速度來看，這架無人機只需要1秒左右就能“鯉魚打挺”，直接翻過來。
當然，設計后的無人機，地形適應能力也非常強，包括斜坡和不同路面都能進行翻身。
從斜坡來看，這架無人機在最高30°的斜坡上也能成功翻身（超過30°會打滑）：
從路面類型來看，這個無人機在人行道、碎石路面、灑滿木屑的地面等5種地形上都能達到100%成功翻身的效果。
至于草地和沙地這種比較復雜的地形，成功率也在20%~40%左右。
從設計來看，相比于其他自適應機器人而言，“甲蟲”無人機在設計上要簡潔得多。
例如，“扶墻走”或是“變形”的自適應機器人，往往需要復雜的機械系統設計；而參考蟑螂設計的飛行機器人，又無法伸展機翼、提供升力。
至于普通的無人機，為了防止翻倒所做的一些設計，更是只能增加重量、降低動力。
但給無人機加上一對甲蟲翅膀后，不僅能給飛機提供上升動力、調整位置，還極大地降低了設計的復雜程度。
這讓網友想到了Minecraft里面的鞘翅。作為一種飛行工具，鞘翅在滑翔時會向兩邊展開：
△圖源：推特@Minecraft Dungeons
現在，游戲中的效果已經在無人機上實現了。
團隊介紹
幾名作者均來自瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的智能系統實驗室。
實驗室側重于AI和機器人研究方向，包括生物機器人、人機融合等。
實驗室負責人是Dario Floreano，引用次數達到28341次，單篇論文最高引用次數2500+。
這篇論文的一作Charalampos Vourtsis，除了做機器人以外，也會制作一些3D打印項目和計算機視覺方向的東西，例如3D打印樹莓派。
接下來，團隊還想進一步優化這個無人機，使它成為一個“保護殼”，保護機翼在刮蹭時不受損。
想要詳細了解甲蟲無人機的小伙伴，可以戳下方論文查看。
論文地址：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9479684
參考鏈接：
[1]https://spectrum.ieee.org/tech-talk/robotics/drones/nothing-can-keep-this-drone-down
[2]https://minecraft.fandom.com/wiki/Elytra
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