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敏感的胡须可以使小型无人机更安全

各种形状和大小的动物都有某种胡须。猫,狗和啮齿动物都有它们。海豹也有它们。有些鸟类有昆虫和鱼类。晶须已经出现在如此多样化的动物身上,因为它们是一种有效且有效的短程感应方法。除了能够检测到与它们直接接触的物体之外,胡须还可以感知流体流动(如移动的空气或水的速度和方向),即使它们是黑暗或模糊或烟雾,它们也能工作。

虽然我们之前已经看过一些关于胡须的研究 - 我确定你还记得完全可爱的ShrewBot - 并没有太过强调为机器人添加胡须,可能是因为激光雷达和相机在更远的距离提供了更多有用的数据。如果您能负担得起充分利用相机所需的激光雷达或计算机,那就完全没问题了。对于非常小,非常便宜的无人机,投资于复杂的传感和计算可能没有意义,特别是如果你只对简单的行为感兴趣,比如不会碰到东西。

上个月在ICRA,来自澳大利亚布里斯班昆士兰大学的Pauline Pounds展示了一种用于无人机的新型晶须传感系统。胡须很小,很便宜,而且非常灵敏,足以在物体接触之前检测物体的气压。

以下是研究人员描述系统的方法:

我们感兴趣的是将经过验证的地面平台上的晶须传感器功能转换为悬停机器人和无人机 - 能够感知与环境的低力接触的晶须,以便机器人能够机动以避免更危险,更强力的相互作用。我们的目标是驾驶黑暗,尘土飞扬,烟雾弥漫的空间,或者使用微型飞机无法安装重型传感器(如激光雷达)的阵风,湍流环境。

晶须纤维本身很容易制造 - 它们只是一团ABS塑料被加热然后被拉成像太妃糖一样的细长纤维。可以通过调节温度和拉伸速度来调节晶须的长度和厚度。每个晶须底部的ABS斑点粘在3D打印的负载板上,负载板又连接到三角形排列的力垫(实际封装的MEMS气压计)。力垫可以批量制造,因此通过易于自动化的过程可以直接制作一大堆晶须。四晶须阵列的材料成本约为20美元,重量仅为1.5克。

正如您在视频中看到的那样,晶须阵列非常敏感:它可以检测到低至3.33微牛顿的力,这意味着研究人员必须小心,因为他们呼吸的力量,所以在进行测量时不要太靠近胡须会把事情搞砸。这种灵敏度允许胡须探测到物体向它们移动所产生的空气波,可能不及时使无人机实际停止,但当然是及时采取其他措施保护自己,如切断电机的动力。晶须也可用于测量流体流量(代表通过空气的速度),当然,在低速时它们用作接触传感器。

虽然这项研究的重点是微型激光应用的晶须,但似乎这些可能是各种机器人的理想传感器,特别是对于便宜的机器人。任何在黑暗,多尘或烟雾环境中运行的小型机器人都可以利用这些传感器避免碰到更昂贵的相机和激光雷达系统会遇到困难的事情。但就目前而言,昆士兰大学的研究人员专注于航空应用,接下来的步骤是在真正的无人机上安装晶须阵列以了解它们的表现。

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