美科學家研製差動齒輪 打造微型昆蟲機器人

 據美國物理組織網站報道，近日，美國哈佛大學的工程師最新研製一種汽車差動齒輪百萬分之一大小的新型差動齒輪，可用於控制航空微型機器人的飛行，未來可用於監控環境危害、森林火災和其他對人類帶來威脅的區域。

    這項最新技術首次實現微型飛行器被動地平衡空氣動力，使它們的機翼能夠響應風力、機翼損壞和其他實際中遇到的問題。哈佛大學工程和應用科學學院研究生普拉瑟維-斯裏薩拉(Pratheev S. Sreetharan)是該項研究負責人，他說：“這種新型航空微型機器人的動力傳動系統與兩輪驅動汽車擁有共同的特徵。兩者都是從一對輪子或者機翼提供驅動力，但是我們設計的被動航空失衡控制差動齒輪(PARITy)僅相當於汽車差動齒輪的百萬分之一，只有5毫米長，重量為0.01克，是汽車差動齒輪重量的百萬分之一。”

    哈佛大學的科學家在《機械設計》期刊雜誌上描述這種新型微型差動齒輪將在航空微型機器人中具有優異表現，最終可用於偵察對於人類較危害的區域。

    目前，多國的科學家正在積極研究探索廉價的航空微型機器人，使其未來可部署于搜尋和營救操作，環境監控和探索對人類有害的環境。為了成功飛行穿越無法預測的環境，航空微型機器人必須實現逐秒級狀態變化，通常昆蟲飛行是通過協調一致地拍打翅膀，這一過程中運動學和空氣動力學的基礎性原理很難理解。

    斯裏薩拉和同事羅伯特-伍德(Robert J. Wood)認為，基於昆蟲原理的航空微型機器人並不需要複雜的電子反饋線圈來精確控制翅膀的位置。伍德說：“由於航空微型機器人機翼產生的扭轉力，我們對於機翼的位置並不感興趣。我們的最新技術使用‘機械智慧’來測定機翼的校準飛行速度，並測定影響機器人飛行平衡的其他作用力產生的振幅。”

    他們還發現，即使當航空微型機器人機翼的至關重要部分被移除，被動航空失衡控制差動齒輪(PARITy)的動力傳動系統也可產生自校正，使微型機器人在空中飛行保持平衡。在該微型差動齒輪驅動下，航空微型機器人的機翼可每分鐘拍打6600次。

    哈佛大學工程師稱，這種新型差動齒輪可有效地調節飛行中產生的作用力，適宜與電子感測器和電腦系統相結合。它將使現代航空機器人的品質變得更小，其尺寸和重量更加接近於一些昆蟲。

中國經濟網 2010/09/06 徐晶慧

相關連結：

• Miniature Auto Differential Helps Tiny Aerial Robots Stay Aloft. (ScienceDaily)
• Harvard Microrobotics Lab