丰田中央研发实验室的研究人员最近发明了一种昆虫级的扑翼空中机器人,使用无线射频技术提供动力。
该机器人发表在《自然电子》杂志上的一篇论文中,它基于一个射频功率接收器,其功率重量比为4900W每公斤。
研究人员之一尾崎隆(Takashi Ozaki)告诉媒体:“由于能量来源的原因,小型无人机的运行时间通常非常有限。”“我们最近研究的目的就是克服这一限制。目前,利用无线射频的非接触电源已经在各种产品中得到了实际应用,但它在小型飞行机器人上的应用还不清楚。”
尾崎和他的同事们最近研究的主要目标是利用无接触无线充电技术为一个昆虫大小的飞行机器人提供动力。研究人员设计机器人主要由一个振动的压电驱动器组成,该驱动器由一个5 GHz的偶极天线提供动力。
尾崎说:“我们的机器人的主要特点之一是高效的扑翼驱动,这是通过使用大功率单晶压电材料和低损耗的布局实现的,两个翅膀面对面,就像拍手一样。”“这种设计能够实现与活昆虫相当的功率重量比。”
试图制造微型机器人的工程师所面临的一个主要挑战是电力损耗引起的热失控。为了克服这一挑战,尾崎和他的同事们优化了机器人的电路设计,确保产生热量的组件不会紧挨在一起或彼此靠近。
此外,研究人员使用了一种功率重量比更高的的射频功率接收器(明显高于同等质量的锂聚合物电池)。这大大提高了机器人的效率和运行时间。
“我认为我们最重要的发现是,一个子程序电路可以通过射频波在远处接收和处理超过1瓦的高功率。”尾崎说,“这表明,不仅是飞行机器人,而且其他各种需要小尺寸大功率的应用也可以在没有电池的情况下实现。”
为了评估他们设计的有效性,尾崎和他的同事进行了一系列的实验。在这些测试中,他们能够让这个昆虫大小的机器人无缝起飞,而且不需要电池或电线。
这组研究人员制造的机器人重量只有1.8克,比过去开发的其他射频驱动微型汽车轻25倍以上。因此,在未来,它可能被证明在执行需要进入裂缝、管道或其他高度封闭空间的复杂任务时非常有价值。
尾崎说:“在这篇论文中,我们成功地演示了起飞。”“下一步是将这种供电技术与姿态控制相结合,使机器人悬浮并在空中自由移动。我们相信这在技术上是可行的,因为我们已经成功地用有线电源控制了机器人的姿态。”
(独家编译:科幻世界)
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