

微型飞行机器人领域迎来了前所未有的突破。MIT研究团队开发了一款能够以生物昆虫般速度和敏捷度飞行的微型机器人,该机器人不仅完成了10个连续翻转,还能在风干扰的情况下保持飞行路线稳定。这项技术或将在未来的灾难救援中发挥重要作用。

为了让微型飞行机器人能够快速且更具侵略性地飞行,研究团队需要一种更为鲁棒的控制器,以便在应对不确定性和快速进行复杂优化时维持运行效率。针对这一挑战,MIT的一支协作团队开发了两步人工智能驱动控制方案,既能提供足够的鲁棒性以应对飞行过程中复杂的动态变量,又具备实时反应所需的计算效率。
第一步是建立模型预测控制器(model-predictive controller),通过动态数学模型预测机器人行为并规划最佳动作路径。这种控制器虽然计算密集,但能够规划高级操作,如空中翻转、急速转弯和侵略式机身倾斜,同时考虑机器人施加力和扭矩的约束,以避免碰撞。例如,为完成连续翻转,机器人需要对速度进行精确的减速调节,使每次翻转的起始条件达到精准要求。
为了解决模型预测控制器计算强度过高的问题,研究团队采用了模仿学习(imitation learning)技术,通过深度学习模型转化模型预测控制器的数据,将高性能控制器压缩成一个计算效率极高的AI政策(policy)。这一政策成为机器人决策的核心,指导其在空中快速调整动作方向和飞行路径。重点在于创建足够的训练数据,教会机器人执行复杂动作所需的一切知识。

在实验中,这款机器人表现惊艳,不仅飞行速度提升了447%,加速度增长了255%,还能保持极高的精确度,飞行偏差始终不超过4到5厘米。这项技术展现了微型飞行机器人突破传统限制的潜力:轻量化机器人首次实现了复杂、快速且高效的飞行动作。
研究团队表示,这项技术未来有望应用于灾难救援场景。例如,在地震发生后,机器人可以在倒塌建筑的狭小空间中穿梭,搜索被困幸存者并避开坠落的碎片。此外,该团队计划研发更强的机载传感器和摄像头,使机器人能够摆脱现有复杂的运动捕捉系统束缚,在户外环境中实现自主飞行。同时,研究人员还将在机器人间的碰撞规避及协同导航技术上展开深入探索。

此项研究获得了美国国家科学基金会(NSF)、海军研究办公室(海军研究办公室)、空军科学研究办公室(空军科学研究办公室)、MathWorks公司以及Zakhartchenko研究奖学金的共同资助。
这款先进微型飞行机器人不仅展现了人工智能与工程技术结合的力量,也标志着未来技术将进一步贴近生物本能的崭新方向,它将以更快、更智能的表现改写微型机器人领域的格局。


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一步一个脚印,从建立模型预测控制器开始,科研的道路困难重重,但每次突破都代表了希望!
看完这篇文章,我只想说,科技正让人类的梦想插上翅膀,下一秒也许真能触摸未来!
如果这款微型机器人能实现预测中所说的应用,未来的医疗救援效率将发生革命性变化,了不起!
为了提升飞行效率而进行的创新尝试充分体现了科研人员的不懈追求,这份坚持值得每个人学习!