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四旋翼飞行器将如何改变工程的未来?

由:凯特创作

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2011年9月27日,马萨诸塞州剑桥,麻省理工学院航空航天系的研究生马克·卡特勒正在研制四旋翼飞行器。
梅勒妮·斯泰森·弗里曼/《基督教科学箴言报》/盖蒂图片社

当你在YouTube上观看有关迷你飞行直升机的视频时,你可能会认为四旋翼飞机不会改变工程学的未来,但却迅速成为孩子们的圣诞礼物清单的首选。

因为虽然无人驾驶飞行器(这是专为懂行的孩子设计的无人机)看起来就像汤姆·克鲁斯(Tom Cruise)科幻电影中的机器人大黄蜂,我们在视频中看到的大多是它们的复杂行为,远程控制飞机。就是你用来在半空中快速击中兄弟姐妹头部的玩具。

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但是,研究四旋翼的目的远不止于它们在花样游泳比赛中不会出现的离奇动作。其中,宾夕法尼亚大学的通用机器人、自动化、传感和感知(GRASP)实验室(以及KMel Robotics的一些GRASP毕业生)正在努力确保四旋翼在未来的应用中得到充分利用。在我们讨论四旋翼飞行器如何改变工程实践之前,让我们先回顾一下它们是什么以及它们是如何进化的。

如果你想象的是小型的、荣耀的直升机,你就离目标不远了。这些小家伙是自动机器,这意味着它们不需要遥控器或任何人类来告诉它们该做什么。还有一些并不小。它们有各种各样的尺寸。有些大到可以用手掌捏住,有些大到可以把你吓得魂飞魄散。这种事情不仅仅发生在机器人实验室里。2012年,UAir在Kickstarter上的一项活动达到了1.5万美元的目标,创造了一款价格合理的四旋翼飞行器……并通过在网站上募集超过22万美元的启动资金而超过了这个数字。Kickstarter].请记住,这个四旋翼飞行器是无人驾驶的,但仍然是无线电控制的[来源:UAir].

你可能已经注意到,从“四”的名称,这些机器有四个转子(或螺旋桨)放置在每个角落。当所有叶片都以相同的速度旋转时,四旋翼飞行器就会悬停。改变一个转子的速度,即使是极微小的改变,它也会改变方向。这些微型的小家伙是怎么做到的,没有人告诉他们?

GRASP实验室的四旋翼飞行器有机载处理器和头顶上的运动捕捉摄像头,不仅能告诉它们所在的位置,还能告诉它们与其他物体的关系,就像其他四旋翼飞行器一样。或墙壁。这些摄像头每秒告诉他们100次他们的位置,然后每秒600次他们的处理器告诉他们如何处理他们的转子[来源:库马尔].