最小的飛行機器人借助磁鐵翱翔

一個新的原型獲得了最小、最輕的無線飛行機器人的稱號。

這款無線機器人的翼展不到一厘米，目前在遠離驅動飛行的磁場的距離方面非常有限。然而，開發它的科學家們建議有一些方法可以擴大其范圍，這可能會導致潛在的應用，例如搜索和救援行動、檢查工業環境中損壞的機器，甚至植物授粉。

縮小飛行機器人尺寸的一種方法是取出電池并使用系繩為它們供電。然而，系留飛行機器人在復雜環境中自由作面臨問題。這促使一些研究人員探索為機器人飛行提供動力的無線方法。

“我的夢想是讓飛行機器人可以隨時隨地飛行，而無需使用電線作為電源，”加州大學伯克利分校機械工程教授 Liwei Lin 說。Lin 和他的同事們在 Science Advances 上詳細介紹了他們的發現。

3D 打印飛行機器人設計

每個飛行機器人都有一個 3D 打印的身體，由一個帶有四個葉片的螺旋槳組成。該旋翼由一個環環繞，可幫助機器人在飛行過程中保持平衡。每個主體的頂部是兩個微小的永久磁鐵。

總而言之，昆蟲級原型的翼展小至 9.4 毫米，重量低至 21 毫克。以前，據報道，最小的飛行機器人，無論是系留的還是非系留的，都是 28 毫米寬。

當暴露在外部交變磁場中時，機器人可以在沒有系繩的情況下旋轉和飛行。維持飛行所需的最低磁場強度為 3.1 毫特斯拉。（相比之下，冰箱磁鐵的強度約為 10 mT。

當施加的磁場以 310 赫茲的頻率交替時，機器人可以懸停。在 340 Hz 時，它們會向上加速。研究人員可以通過調整施加的磁場來橫向縱機器人。只要影響不是太大，機器人還可以在碰撞后自行扶正以保持在空中飛行，而無需復雜的傳感或控制電子設備。

實驗表明，機器人產生的升力可以超過其重量的 14%，以幫助它們攜帶有效載荷。例如，一個寬 20.5 毫米、重 162.4 毫克的原型可以攜帶一個重達 110 毫克的紅外傳感器來掃描其環境。事實證明，這些機器人可以有效地將賦予它們的能量轉化為升力——比幾乎所有其他已報道的飛行機器人都要好，無論是系留還是無系繩，也比果蠅和蜂鳥更好。

目前，這些原型的最大工作范圍距離磁線圈約 10 厘米。Lin 指出，擴展這些機器人工作范圍的一種方法是通過添加更多線圈、優化這些線圈的配置以及使用波束成形線圈，使它們所經歷的磁場強度增加十倍。這樣的發展可以讓機器人飛到離磁線圈一米遠的地方。

科學家們還可以進一步使機器人小型化。這將使它們更輕，從而降低它們推進所需的磁場強度。“有可能使用電磁波（例如無線電或手機傳輸信號中的電磁波）來驅動微型飛行機器人，”Lin 說。研究人員補充說，未來的研究還可以在機器人上安裝可以將磁能轉化為電能的設備，為電子元件供電。