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德国逆天的仿生机械,这才是真正的黑科技!

时间:2020-07-16     人气:95     来源:疯狂机械控     作者:
概述:FESTO是一家在自动化技术和仿生技术上造诣很高的德国企业,特别是在仿生领域,火遍大江南北。它是由 Albert Fezer 和 Gottlieb Stoll创建于 1925年......

FESTO是一家在自动化技术和仿生技术上造诣很高的德国企业,特别是在仿生领域,火遍大江南北。它是由 Albert Fezer 和 Gottlieb Stoll创建于 1925年,公司名字由两位创始人名字中的英文字母FE和STO合并而成。



Festo公司最初产品为木工机械,木工工具的品牌为Festool。经营范围包括木工工具、汽车工具、旋转抛光机、移动集尘器及建筑涂装产品等。20世纪50年代Festo 最先认识到气动对工业自动化的重要性,并成为了世界气动自动化领域的领导者。



仿生机械就是模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。研究仿生机械的学科称为仿生机械学,它是20世纪60年代末期由生物学、生物力学、医学、机械工程、控制论和电子技术等学科相互渗透、结合而形成的一门边缘学科。仿生机械研究的主要领域有生物力学、控制体和机器人。



德国Festo公司,以各种惟妙惟肖的机器动物闻名于世。最近又研发出机器蝙蝠,难分真假。它的原型是世界上最大的蝙蝠:狐蝠,关节与翼膜与真狐蝠的身体构造一模一样。


机器蝙蝠两翼展开宽度228 厘米,体长 87 厘米,非常大。在运动追踪系统的辅助下,可以规划飞行轨迹,在特定空间内自由飞行。



机器蝙蝠是由弹性纤维材料3D打印制作的,它能够像真实的蝙蝠一样,在空中翱翔。狐蝠是世界上最大的蝙蝠,它主要通过挥舞翅膀来推动身体在空中飞行。它的翼膜在飞行过程中起到了关键的作用,这种翼膜由轻质弹性物质构成,与鸟的羽毛有许多的相似特征。



为了达到精细的程度,工程师们用炭棒创建了它的整体结构,并且采用高弹性的材料成功3D打印制作了它的机械结构。



在为其配备电机、红外线接收装置及电子元器件后,3D打印的机器蝙蝠就可以根据工程师们预设的飞行路线,执行各种飞行任务。



Festo 研发的机器蝴蝶(Robotic Butterflies),它看上去就像真正的蝴蝶一样轻盈,在各种通信技术、传感器和GPS的配合下,许多机器蝴蝶在同一片空间中慢速飞行,却不会彼此相撞。



每一个蝴蝶仿生机器人都能独立操作,通过独立控制的翼来调整自己,并能按照预编程的路线飞行。它们身上装配了许多红外传感器,避免飞行过程中互相碰撞。翼展长有50cm,身体重量仅为32g,翅膀每秒摆动1-2次,速度可达2.5米/秒,每次充电后可持续飞行3到4分钟。



Festo最初的仿生动物是一条名叫Airacuda的仿生鱼。初期的仿生动物机器人从外形看还是有些粗糙。



这条机器仿生鱼依靠气动肌腱,可以生动地游来游去,它的头部有一个真空气仓,使它不仅能够实现灵活摆尾,还可以上浮和下沉。


后来Festo又做了一条仿生比目鱼,这条鱼的外形已经相当逼真了。



以充满氦气的球体为主体的仿生水母。它可以在水里自由移动,还可以飞上天。



还有可以飞上天的仿生企鹅,它内置了自主判定系统,可以根据水流方向自行导航定位。它内置的3D声纳系统可以依靠声波,感知到其他企鹅的位置,防止与它们撞在一起。



说到“飞上天”,当然少不了仿生鸟了!Festo的科学家们在破解了鸟类飞行原理后研制出了这款SmartBird仿生鸟。



Smartbird可以完美模拟鸟类的飞行状态,甚至令人难辨真伪。它们像正常的鸟类一样,依靠翅膀提供飞行动力。它们的双翼不仅可以上下拍动,还可以按照一定的角度进行扭转,甚至连头都可以全角度转动。



除了仿生鸟,Festo的科学家们还造出了仿生蜻蜓。这款外形酷似蜻蜓的BionicOpter机器人拥有蜻蜓的各项特征,能够在空中随意飞行或盘旋,并且能够做出相当复杂的飞行动作。这才是真正的未来飞行器!



BionicOpter成为第一个能够模拟直升机、有翼飞行器以及滑翔机飞行状态的机器人,尽管它设计极为复杂,用户还是可用智能手机轻松操控完成减速飞行、突然转向、甚至倒退飞行等复杂的飞行任务。



除了水里游的、天上飞的,Festo还创造出陆地上跑的:仿生袋鼠 。仿生袋鼠BionicKangaroo,几乎完全复制了袋鼠的弹跳功夫。对机器人有一定了解的朋友都知道,想让机器人跳起来,难度是很大的。



而这只仿生袋鼠却能够完成连续跳跃,甚至可以跳过40公分高的障碍物。因为它特有的蓄力功能,可以从上一次跳跃中收集能量,为下一次跳跃做准备。如果使用者戴上配套手环,就可以直接用手势控制袋鼠。



Festo研发的这款仿生袋鼠几乎完全复制了袋鼠的弹跳功夫,仅需一小块电池与腿部的弹簧机构,袋鼠便能立刻活蹦乱跳起来。


其中运用了复杂的传感器、连杆结构和用于充当“肌肉”的高压充气罐。


除了上面提到的这些,最让人瞠目的还是这群3D打印的仿生蚂蚁。它们的头部配备摄像头,腹部配备传感器,可以随时进行红外导航。而触角则是天线,在快没电时,它们会第一时间爬去自行充电。更厉害的是在搬运重物时它们会发挥“蚂蚁精神”,集体出动、协同合作。



机器蚂蚁大小与成人手掌相近,比真实蚂蚁大许多,它们是通过3D打印出来的。头部和整个身躯都布满电路,嘴部钳子和腿部爪子都使用了陶瓷致动器,可快速、精准地活动。



每一只蚂蚁都是“仿生网络”的一员,通过无线网络通信多只蚂蚁可以协同工作,搬动较重的物体。蚂蚁上还安装了导电电线,它只需将自己按到电源上就能自动充电。



仿生水母AquaJelly是一种模拟浮游行为的自控系统,由一个透明的半球和八根动力触须组成。中间是一个防水的激光烧结体,其中有一个中心电动马达、两个锂离子聚合物电池,还有可充电控制单元和用于防冲板的伺服马达。



仿生水母的灵活性与便捷性体现了人工智能方面的研究成果,将在海底勘探和航空航天等领域有着广阔的应用前景。



另一个新型的蜘蛛机器人 BionicWheelBot 更有意思,它的原型是摩洛哥后翻蜘蛛,为了适应沙漠环境的生活,它有一种独特的行走方式,通过空中翻转与地面翻滚的组合来移动。而这样的驱动方式在仿生学中有重要意义。



在翻滚模式下,人工蜘蛛和自然界的摩洛哥后翻蜘蛛一样,可以比行走时更快地移动。这款机器人甚至能够应对高达 5% 的坡度。



这只仿生章鱼触手和真的章鱼触手一样附有吸盘。整体采用可气动驱动的柔软硅胶结构。



内置真空管可以自主提供吸附动能,轻松完成抓、握等动作。



目前,Festo公司已创造了数十种机器生物,人类已阻挡不住他们“创世纪”的步伐。

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