像摩洛哥后翻蜘蛛那樣行走與翻滾 – BionicWheelBot(仿生蜘蛛) 以驚奇的方式在地面上行走。Festo與由這種蜘蛛的發(fā)現(xiàn)人Ingo Rechenberg教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一起深入研究了這種獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式，并從技術(shù)上得到了實(shí)現(xiàn)?？达w蝠不要放大鏡：這個(gè)BionicFlyingFox 是個(gè)大家伙，翼展達(dá)到2.28 米，通過運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)，可實(shí)現(xiàn)部分自主飛行。
BionicWheelBot 的生物原型為摩洛哥后翻蜘蛛(學(xué)名：Cebrennus rechenbergi)，這種蜘蛛生活在撒哈拉沙漠邊緣的爾格謝比荒漠。柏林理工大學(xué)的仿生學(xué)教授Ingo Rechenberg 于2008 年發(fā)現(xiàn)了這種蜘蛛。摩洛哥后翻蜘蛛行走時(shí)與其它蜘蛛無異;不過，這種蜘蛛還能在地面上翻滾著行進(jìn)。因此，非常好地適應(yīng)了自己的生活環(huán)境：在平整的地面上，其翻滾的速度是行走速度的兩倍。
自發(fā)現(xiàn)這種蜘蛛后， Rechenberg 教授一致致力于將這種蜘蛛的運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)化成技術(shù)應(yīng)用。在大量研究的基礎(chǔ)上，Rechenberg 及其團(tuán)隊(duì)制作了很多第一批次的BionicWheelBot 原型?，F(xiàn)在，他與Festo 又一起進(jìn)一步開發(fā)了這個(gè)人造蜘蛛的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)原理，作為仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的組成部分。
BionicWheelBot(仿生蜘蛛)：從行走切換成翻滾模式
跟自然界中蜘蛛一樣，BionicWheelBot 用三角步態(tài)來推進(jìn)自身，用八條腿的其中六條來行走。開始翻滾前， BionicWheelBot 彎折收起每側(cè)的三條腿，身體形成一個(gè)圓輪。在行走時(shí)收起的兩條腿這時(shí)伸出，在地面上推動(dòng)團(tuán)成圓輪的蜘蛛前進(jìn)，在翻滾過程中持續(xù)推動(dòng)。這就確保了BionicWheelBot 不會滾著滾著就停下來，甚至在粗糙的地形上也能保持前進(jìn)。
在翻滾模式中， BionicWheelBot 用全身完成翻滾，跟摩洛哥翻滾蜘蛛一模一樣。因?yàn)槠浼闪藨T量傳感器，所以總是能感知自己所處的位置，以及需要再次推動(dòng)的時(shí)間。因此，它翻滾的速度同樣比行走快，甚至可翻滾上一個(gè)最大五度的坡。
BionicFlyingFox(仿生狐蝠)– 機(jī)器學(xué)習(xí)保證最佳飛行路徑
為了盡量模擬自然界中狐蝠的飛行，BionicFlyingFox 的翅膀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也被分成主翼和副翼;所有關(guān)節(jié)處在一個(gè)平面上。翅膀覆蓋了一層彈性膜，可伸展至腳部。飛行膜非常輕薄，但也很堅(jiān)韌。
運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，用于自控飛行
為了讓BionicFlyingFox 在限定的空間實(shí)現(xiàn)半自主的飛行，其與所謂的運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行通信。該裝置的兩臺紅外相機(jī)持續(xù)記錄飛蝠的位置。相機(jī)安裝在云臺上，可旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，從地面上監(jiān)控BionicFlyingFox 的整個(gè)飛行過程。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)規(guī)劃飛行路徑，發(fā)出所需的控制命令。起飛和著陸需要借助人類操作員;自動(dòng)飛行系統(tǒng)會在飛行時(shí)接管飛行。
機(jī)器學(xué)習(xí)，用于最佳飛行路徑
相機(jī)的圖像被傳輸給一個(gè)中央主電腦，跟空管控制器一樣評估數(shù)據(jù)和外部協(xié)調(diào)飛行。電腦上儲存了預(yù)編程的飛行路徑，指定了BionicFlyingFox 執(zhí)行飛行動(dòng)作時(shí)的路徑。借助其自身搭載的電子元件和復(fù)雜的飛行模式，人造飛蝠自行計(jì)算執(zhí)行計(jì)劃運(yùn)動(dòng)順序所需的翅膀運(yùn)動(dòng)。飛蝠從主電腦接收必要的控制算法，主電腦對算法自動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并持續(xù)改進(jìn)。BionicFlyingFox 在飛行時(shí)就能優(yōu)化飛行動(dòng)作，每飛一圈，對指定飛行路線的遵循性就更精確。
創(chuàng)新的飛行薄膜，用于各種應(yīng)用
創(chuàng)新的飛行薄膜是仿生團(tuán)隊(duì)專為BionicFlyingFox 開發(fā)的，由兩片氣密膜和一片彈性纖維織物組成，兩者焊接在一起，焊點(diǎn)多達(dá)約45,000點(diǎn)?？椢锏姆涓C結(jié)構(gòu)防止飛行膜的細(xì)小裂痕繼續(xù)變大。因此，BionicFlyingFox的織物即使發(fā)生了不是很嚴(yán)重的損壞，也能繼續(xù)飛行。由于材料本身的彈性，翅膀收起時(shí)，飛行膜也不會起皺。因?yàn)闅饷苣げ粌H具有彈性，而且氣密、重量輕，所以也可用在飛行器中，或用于衣服設(shè)計(jì)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。
仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)
10多年前，F(xiàn)esto 發(fā)起了仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，與公司內(nèi)的創(chuàng)新過程緊密相連。與學(xué)生、知名學(xué)府、研究機(jī)構(gòu)和開發(fā)公司合作，F(xiàn)esto 為項(xiàng)目、試驗(yàn)臺和技術(shù)平臺提供資助。旨在從作為新技術(shù)靈感來源的仿生學(xué)中獲益，將仿生學(xué)成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)。
For further information:
整體機(jī)電系統(tǒng)：基于自然模型的精巧運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
翻滾模式中的BionicWheelBot，推動(dòng)腿已伸出。
盡管翼展達(dá)到 228 cm 且總長達(dá)到 87 cm，BionicFlyingFox 重量僅有 580 g。
BionicFlyingFox 的翅膀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也被分成主翼和副翼。
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關(guān)于費(fèi)斯托
費(fèi)斯托成立于1925年，是自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先廠商，也是基礎(chǔ)和高級技術(shù)培訓(xùn)的全球市場領(lǐng)袖?？偛课挥诘聡鴥?nèi)卡河畔的埃斯林根，是一家獨(dú)立的家族企業(yè)。費(fèi)斯托集團(tuán)業(yè)務(wù)遍及全球200個(gè)行業(yè)，為超過30萬的客戶提供領(lǐng)先的氣動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)技術(shù)及全面解決方案。同時(shí)，F(xiàn)esto Didactic為全球超過4萬名客戶提供先進(jìn)的工程培訓(xùn)設(shè)備及課程。2017年費(fèi)斯托集團(tuán)銷售額約為31億歐元，在全球250個(gè)地區(qū)設(shè)立分支機(jī)構(gòu)，員工總數(shù)超過20,100 人。 每年約8%的年銷售額用于研發(fā)領(lǐng)域的投資。
Festo在中國的業(yè)務(wù)始于1985年，目前在華企業(yè)覆蓋了銷售、物流、生產(chǎn)和研發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)有近200個(gè)銷售辦公室和授權(quán)經(jīng)銷商網(wǎng)點(diǎn)。Festo為中國市場提供工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化的氣動(dòng)和電動(dòng)技術(shù)及全面解決方案，主要服務(wù)于汽車、橡塑、電子、輕型裝配、食品飲料包裝、水處理以及生物制藥等行業(yè)。費(fèi)斯托體驗(yàn)中心，激發(fā)創(chuàng)新的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室，費(fèi)斯托在這里攜手客戶共同開發(fā)最具價(jià)值的工業(yè)自動(dòng)化前沿解決方案。同時(shí)，F(xiàn)esto Didactic(工業(yè)培訓(xùn)) 為大中華地區(qū)600 多個(gè)教育合作伙伴、大學(xué)、職業(yè)院校和工業(yè)培訓(xùn)中心提供支持——培訓(xùn)內(nèi)容從基礎(chǔ)課程到技術(shù)學(xué)習(xí)中心的“交鑰匙”成套設(shè)備。目前公司在中國有約2,000名員工。
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