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杏彩体育:“智能树叶“空中自主改变形状登Science子刊只
- 分类：公司新闻
- 作者：杏彩体育官网
- 来源：杏彩体育官网app
- 发布时间：2024-12-23 02:03:42
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杏彩体育:“智能树叶“空中自主改变形状登Science子刊只
【概要描述】制动器供应商：制动器按结构可分为块式、带式、盘式和锥形。根据操作条件，可分为常闭、常开、综合等。按驱动方式可分为自动控制和综合控制。根据动力源类型的不同，可分为手动、脚踏、电磁、液压和电磁液压组合。
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飞行过程看似无序，实际上它下落的方式和方向是可控的，研究人员还能同时控制多个微型飞行器的形状和降落行为，如果用无人机批量空投，精准地降落分散到不同区域，可以实现收集信息、搜寻搜救、大规模的环境监测等等。
而这种不装电池的传感设备，可以在风中飞行，模仿树叶和种子，可以控制它们的下降，还能批量空投到各个区域，机载的传感器能监控一切信息。
这不禁让人联想起“智能尘埃“，美国国防部高等研究计划署(DARPA)和兰德公司在1990年代初提出的理念。把传感器散布到空气中，这样一来，它们就可以监控一切信息——温度、湿度、化学品、运动、脑电波，一切的一切。
可以利用飞行器下落时与空气的相互作用，其速度受到投影面积和结构相关阻力系数的影响，因此，在过程中改变落体的形状是一个很妙的方法。
华盛顿大学的研究人员想到了折纸结构，太阳能的收集有限，无法实现连续的驱动，如果设计一种双稳态折纸结构，在两种状态下都能保持其形状，无需消耗任何能量。
通过预定义的折痕线，微型飞行器可以折叠和展开，切换形状使得飞行器的面积、受到的风阻改变，从而影响它的飞行方式。
折叠和展开，两种形状的微小变化都会极大地改变飞行器的坠落行为。需要在折纸结构、 致动器和能量收集电路之间进行仔细的协同设计，这就提出了多重设计挑战。
1. 结构设计与致动器之间的权衡：折纸结构必须足够坚固，以防止误转换，但这也会增加致动器所需提供的力量，从而需要更大的组件和更高的功耗。
2. 与复杂几何结构的兼容性：折纸结构在状态转换时，中心点和折痕沿Z轴上下移动，而结构的边界沿X和Y轴向内收缩。这使得在固定的安装点上安装刚性致动器变得具有挑战性。
3. 快速响应的要求：为了在下落到地面之前实现状态转换，致动器必须能够比这个时间更快地进行转换。
4. 完全无线的要求：在半空中转换结构要求微飞行器完全脱离任何电源或致动刺激，并且可以通过设备进行电子控制。
为了解决这些设计挑战，研究人员分析了不同的致动方式，最终设计了一种低功耗的柔性电磁制动器，由太阳能供电，可以在25毫秒内产生高达200毫牛顿的峰值力，可快速驱动折纸机构的形状切换，其柔性特点还能与折痕相适应，兼容复杂的折纸机构。
他们在折叠的折纸结构上制作了一个电路，包括可编程微、蓝牙无线电、太阳能收集电路、压力传感器和温度传感器，通过太阳能收集的电力，微型飞行器在轻微的微风下最远可飞行98米，并通过蓝牙无线米范围内无线传输数据。
在实际的室外场景中，微型飞行器在从20米高度释放时能够从翻滚状态转变为稳定下降状态，并且在不同高度和风速条件下都能够实现分散飞行。此外，微型飞行器还能够使用太阳能进行自主运行，并通过蓝牙传输数据。根据光照强度的不同，微型飞行器的传输速率也会有所变化。
据了解，这项研究设计开发总共花费了大约两年的时间，仍然有进步的空间：目前的微型飞行器只能在一个方向上转变——从翻滚状态到下落状态。研究人员希望实现来回切换的能力，进一步提升精度和灵活性。
除此之外，未来还可以增加飞行器的下落覆盖范围，在不同的风及恶劣天气中进行测试，来面对更多的挑战。
自“智能尘埃”提出以来，世界各地的科学家们已经进行了数十年的工作，即便以今天的技术工艺水平而论，要将传感器、模拟/数字电路、通信乃至电源全部封装在尘埃大小的空间中，仍然是个艰巨的挑战。
这项研究由摩尔基金会奖学金、国家科学基金会、国家 GEM 联盟、谷歌奖学金计划、Cadence 奖学金计划、华盛顿 NASA 太空拨款奖学金计划和 SPEEA ACE 奖学金计划资助。