神奇！超逼真仿生雨燕機(jī)器人，僅42克翼展68厘米，能自主導(dǎo)航飛行

編 | 信儀

導(dǎo)語：抬頭看見仿生雨燕成群結(jié)隊(duì)盤旋，低頭有移動(dòng)機(jī)器人遞來圍巾，F(xiàn)asto的仿生黑科技也有實(shí)用的了！

智東西7月6日消息，近日，據(jù)Festo官方消息稱，這家專門產(chǎn)出黑科技的德國(guó)自動(dòng)化公司，又制造出了兩種新型仿生機(jī)器人，分別是仿生雨燕Bionic Swift和帶有氣動(dòng)抓手的仿生移動(dòng)機(jī)器人Bionic Mobile Assistant。

這家公司的神奇之處在于，他們會(huì)以大自然為設(shè)計(jì)靈感，生產(chǎn)出各種異常逼真的仿生機(jī)器人。比如，今天要提到的仿生雨燕Bionic Swift就是Festo的研發(fā)人員從飛燕身上汲取靈感，研發(fā)出了更加輕薄、更像鳥羽毛的飛行機(jī)器人羽翼。

▲仿生雨燕Bionic Swift

一、 人造羽毛使仿生雨燕體態(tài)輕至42克、飛行更自如

仿生雨燕Bionic Swift并不是Festo開發(fā)的第一批飛行機(jī)器人，此前的仿生狐蝠、仿生鴿子都是Feato從自然飛行模式中汲取靈感研發(fā)飛行機(jī)器人的代表。此外，這家公司還曾展示過他們研發(fā)的螞蟻機(jī)器人、電動(dòng)蝴蝶、能跳躍的袋鼠機(jī)器人、蜘蛛機(jī)器人、能飛的企鵝和水母等多樣的仿生機(jī)器人。

▲螞蟻機(jī)器人和電動(dòng)蝴蝶

▲袋鼠機(jī)器人和狐蝠機(jī)器人

▲能飛的企鵝和水母

而與之前不同的是，仿生雨燕憑借著輕量化的結(jié)構(gòu)開啟了Festo飛行機(jī)器人的新篇章。

仿生雨燕身長(zhǎng)44.5厘米，機(jī)翼展開后長(zhǎng)68厘米，而每只雨燕的整體重量只有42克，其中6克是電池的重量，此外還需要一臺(tái)電機(jī)控制機(jī)翼，以及另外兩臺(tái)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)飛行和進(jìn)行轉(zhuǎn)向。仿生雨燕的飛行時(shí)間很穩(wěn)定，但目前只能飛行7分鐘。

為了將仿生雨燕的飛行呈現(xiàn)得更加逼真，F(xiàn)esto以真實(shí)的羽毛為模型，用柔軟而又堅(jiān)固的泡沫制成超輕薄片，以疊瓦片的方式制成雨燕的翅膀，通過纖維套筒將機(jī)器鳥的翅膀和身體連接在一起。

▲仿生雨燕以超輕薄片制成的翅膀

在仿生雨燕向上沖程的時(shí)候，單個(gè)羽毛的薄片會(huì)扇出，以便空氣可以在翅膀中流過。這意味著仿生雨燕只需要較少的動(dòng)力就可以將翅膀拉起。

▲仿生雨燕飛行

在向下俯沖的時(shí)候，雨燕的翅膀葉片會(huì)關(guān)閉，因而可以減小飛行的阻力。雨燕機(jī)器人的機(jī)翼更貼合自然，因此這一仿生雨燕的飛行性能要比以往通過驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力飛行的機(jī)器人更好。

仿生雨燕是通過基于無線電的室內(nèi)GPS來確定飛行方向的，憑借這樣的系統(tǒng)才能保證5只仿生雨燕可以在既定的空中區(qū)域自主協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，并且不會(huì)相撞。

▲室內(nèi)GPS保證雨燕群正常飛行

二、氣動(dòng)抓手2.0有113個(gè)嵌入傳感器還配有相機(jī)

仿生移動(dòng)機(jī)器人Bionic Mobile Assistant可以自主移動(dòng)，并且由于搭載了預(yù)先經(jīng)過數(shù)據(jù)增強(qiáng)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它還可以獨(dú)立識(shí)別物體，并且能自主抓取物體并與操作人員協(xié)作，因此這種機(jī)器人非常適合充當(dāng)人類的助手。

▲仿生移動(dòng)機(jī)器人Bionic Mobile Assistant

這個(gè)仿生移動(dòng)機(jī)器人由三個(gè)子系統(tǒng)組成：球形可移動(dòng)底座、機(jī)械臂（Dyna Arm）以及一種被稱為Bionic Soft Hand 2.0的氣動(dòng)抓手。

從重量上來看，機(jī)械臂的DoF（自由度）為4，有效載荷為8千克。但這一整個(gè)機(jī)械臂的重量還不到8千克，包括電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、電動(dòng)機(jī)控制電子裝置、傳感器在內(nèi)的每個(gè)電動(dòng)機(jī)組件都僅重1千克。

而氣動(dòng)抓手的靈感來自于人類的手，并且是對(duì)Festo在2019年推出的Bionic Soft Hand的進(jìn)一步開發(fā)。

▲Bionic Mobile Assistant的手指像人的手指一樣可以彎曲

Bionic Soft Hand 2.0在緊湊的空間內(nèi)集成了微型閥技術(shù)、傳感器、電子元件和機(jī)械元件。手指由彈性波紋管結(jié)構(gòu)組成，其中含有氣腔，而手掌的表面包裹的是一層具有113個(gè)嵌入式傳感器的，結(jié)實(shí)并且可彎曲的織物。這一系列的設(shè)計(jì)使得氣動(dòng)抓手同時(shí)具備輕量化、自適應(yīng)、敏感性的特點(diǎn)，同時(shí)還能保持強(qiáng)有力的抓取能力。

▲手掌表面的113個(gè)嵌入式傳感器

除了覆蓋了觸覺傳感器，Bionic Soft Hand 2.0的手腕內(nèi)部還安置了一個(gè)相機(jī)，以此來通過視覺檢測(cè)物體。通過使用這個(gè)相機(jī)，機(jī)器人手掌就可以檢測(cè)分辨和抓取不同的物體了。

▲Bionic Soft Hand 2.0的手腕內(nèi)部的相機(jī)

相較于Festo其他的仿生機(jī)器人來說，這款移動(dòng)機(jī)器人更具有實(shí)用性。憑借著可以自主移動(dòng)、獨(dú)立識(shí)別物體、自適應(yīng)抓取的能力，這一仿生移動(dòng)機(jī)器人未來或許可以充當(dāng)服務(wù)機(jī)器人、組裝幫手，甚至還可以幫助人類進(jìn)入危險(xiǎn)的工作區(qū)域工作。

▲Bionic Mobile Assistant可以精準(zhǔn)抓取圍巾

結(jié)語：Festo協(xié)調(diào)實(shí)用功能，不再是黑科技“花瓶”

很多人之所以喜歡Festo，是因?yàn)樗麄兠磕甓紩?huì)投入時(shí)間和金錢從不同的生物上汲取靈感，研發(fā)出一些逼真、有趣甚至炫酷的機(jī)器人。這些機(jī)器人的功能普遍很強(qiáng)大，但實(shí)用性卻有限。

但是Festo這次新展示出來的兩款新的仿生機(jī)器人卻有一些不同。仿生雨燕從質(zhì)變上轉(zhuǎn)變了飛行機(jī)器人機(jī)翼的制造方式，通過葉片的設(shè)計(jì)減輕重量、調(diào)整受力。移動(dòng)機(jī)器人的抓取和移動(dòng)功能在未來甚至可以直接充當(dāng)人類助手進(jìn)行抓取、運(yùn)送等基礎(chǔ)項(xiàng)目，配合人類工作。由此看來，F(xiàn)esto這個(gè)做電鋸起家的德國(guó)氣動(dòng)元件廠商在仿生機(jī)器人方面的造詣?dòng)诌M(jìn)了一步。

消息來源： IEEE Spectrum、Tech Crunch