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有读书笔记A wing-assisted running robot and implications for avian flight evolution

唐唐 添加于 2011-11-2 00:17 | 2091 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Peterson K, Birkmeyer P, Dudley R, Fearing RS

  •  摘 要

    DASH+Wings is a small hexapedal winged robot that uses flapping wings to increase its locomotion capabilities. To examine the effects of flapping wings, multiple experimental controls for the same locomotor platform are provided by wing removal, by the use of inertially similar lateral spars, and by passive rather than actively flapping wings. We used accelerometers and high-speed cameras to measure the performance of this hybrid robot in both horizontal running and while ascending inclines. To examine consequences of wing flapping for aerial performance, we measured lift and drag forces on the robot at constant airspeeds and body orientations in a wind tunnel; we also determined equilibrium glide performance in free flight. The addition of flapping wings increased the maximum horizontal running speed from 0.68 to 1.29 m s−1, and also increased the maximum incline angle of ascent from 5.6° to 16.9°. Free flight measurements show a decrease of 10.3° in equilibrium glide slope between the flapping and gliding robot. In air, flapping improved the mean lift:drag ratio of the robot compared to gliding at all measured body orientations and airspeeds. Low-amplitude wing flapping thus provides advantages in both cursorial and aerial locomotion. We note that current support for the diverse theories of avian flight origins derive from limited fossil evidence, the adult behavior of extant flying birds, and developmental stages of already volant taxa. By contrast, addition of wings to a cursorial robot allows direct evaluation of the consequences of wing flapping for locomotor performance in both running and flying.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Bioinspiration & Biomimetics
    • 期刊缩写: Bioinspir. Biomim.
    • 期卷页: 2011年  第6卷 第4期 046008页
    • ISBN: 1748-3182

  • 学科领域 信息系统 » 计算机科学

  •  所属群组

    信息科学综合  

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    科学家发明六足机器昆虫探秘鸟类飞行进化

    有翼DASH机器昆虫。

    北京时间10月20日消息，据国外媒体报道，美国加州大学伯克莱分校科学家近日发明一种神奇的六足机器昆虫。研究人员为一个仅重25克的机器人装上六只脚和一对翅膀用来提高其灵活性，他们希望能够通过这只机器昆虫探秘早期鸟类和昆虫的飞行进化过程。
     
    这只机器昆虫名为“动力自治爬行昆虫”（简称DASH）。DASH机器昆虫长约10厘米。 研究人员发现，尽管翅膀大大提高了机器昆虫的灵活性，但是这个附加的装置并没有能够为昆虫从地面上飞起提供足够的速度。不过，翅膀的振动仍然提高了机器昆 虫的空中性能，与鸟类等动物滑翔飞行的特点相似。
     
    这项研究由美国加州大学伯克莱分校仿生微系统实验室科学家劳恩-费尔林教授带领的研究团队负责，他们的研究成果近日发表于《生物灵感和仿生学》（Bioinspiration and Biomimetics）杂志之上。研究人员指出，在研究飞行原理的过程中，采用机器人模型是一种非常有效的方法，特别是在化石证据有限的情况下。
     
    DASH机器昆虫最初是由费尔林教授的研究生保罗-伯克梅尔于2009年研制。当 时，DASH是一个轻量级的快速机器人，采用一些便宜的材料制成，由一个电池发动机提供动力。这种小尺寸的机器人最适合部署于一些危险区域，如倒塌的建筑 中。不过，与其灵感来源蟑螂相比，DASH机器昆虫在奔跑时存在明显局限。对于小型机器人来说，翻越障碍物时如何保持平衡与稳定是一个关键难题。因此，研 究人员为DASH机器昆虫装上了侧翼和尾翼，看是否能够有所帮助。
     
    费尔林表示，“我们的目标就是让我们的机器人能够拥有与其他动物一样的全地形能力。在现实世界中，许多情况下飞行是一种比爬行更好的选择。而在另外一些狭窄空间中，飞行可能又不起作用。因此，我们需要一种既能跑又能飞的混合功能机器人。”
     
    研究人员对四款不同结构的有翼DASH机器昆虫分别进行了测试，共中一款是只装有一个尾翼 的，还有一款是只装有翅膀骨架的。当在发动机作用下振翅时，有翼DASH机器昆虫奔跑速度接近翻番，从原来的每秒0.68米提升至每秒1.29米。这种机 器昆虫还能够爬上更陡峭的地形，爬行倾斜角度从5.6度提高到16.9度。
     
    仿生微系统实验室研究人员凯文-彼得森介绍说，“我们发现，有了翅膀后机器昆虫性能立即得 到提升。翅膀不仅仅让机器昆虫跑得更快，倾斜角度更大，而且还可以让机器昆虫在下行时能够保持正直。没有翅膀的DASH机器昆虫从八楼掉下来可能会幸存下 来，但它在落地时往往翻了个，而它落在哪里也是由运气决定。”有翼DASH机器昆虫可以平衡下降，而不是自由落体式垂直降落。落地后，它还能够继续保持原 有的姿势。
     
    费尔林等人的研究成果引起了加州大学伯克莱分校动物飞行研究专家罗伯特-杜德利教授的关 注。杜德利教授指出，飞行进化中的大多数关键理论都是从有限的化石记录和理论模型得出。“我们所获得的化石证据表明，早期鸟类祖先的四个翼上长有较长的羽 毛，它们长长的尾翼上同样也有密集的羽毛。从机器原理讲，树栖飞行动物比地面动物更有飞行优势。”
     
    不过，杜德利也认为，“有翼版本的DASH机器昆虫并不是完美的鸟类原型模型，如它拥有6只脚而不是2只，它的翅膀和尾翼是塑料的，而不是羽毛的。这些特点可能在回答鸟类进化方面存在局限。”（来源：新浪科技 彬彬）
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