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413本周發(fā)表于《Science Robotics》的一篇論文中，倫敦帝國學院的研發(fā)團隊和AquaMAV公司的機器人專家展示了一種水空兩用的機器人。
這種機器人通過瓦斯爆炸產(chǎn)生的推力從水中向空中移動，能夠在空中上升到26米，并以11米每秒的速度前進。
對于氣動式機器人來說，如何在需要大量壓力的時候高效的按需產(chǎn)生氣體，是一個挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，倫敦帝國學院的研發(fā)團隊通過爆炸產(chǎn)生推力的方式解決了這個問題。
一、爆炸將無人機推向26米高空
其實早在ICRA 2015上，倫敦帝國學院的空中機器人實驗室就提出了一個叫做AquaMAV的多模態(tài)飛行游泳機器人的概念。
飛行和游泳機器人真正困難的不是從空中到水中的過程，因為即使機器人已經(jīng)完全失去動力，由于重力也可以落入水中。而從水中到空中，則需要更加穩(wěn)定的動力。
研究人員盡可能多的集中力量來解決這個問題，使用噴射推進將機器人迅速推出水面。
2015年版本的AquaMAV，主要是一些非常復古的電腦效果圖和一些硬件，使用一個小的二氧化碳缸來驅動它的水噴射推進器。這種方法非常有效，但是壓縮氣體的存儲和釋放機制的質量和復雜性對于一個長期自主飛行的機器人來說并不那么實用。
爆炸，是一種可以同時產(chǎn)生大量的加壓氣體的方法。以前也有機器人使用過爆炸推力來移動，只要能正確的控制爆炸，并產(chǎn)生燃料，這種方法就是非常有效的。
最新版本的AquaMAV后部噴出的水流是由瓦斯爆炸推動的。氣體來自機器人內部儲存的少量碳化鈣粉末與水的反應。
水一滴一滴地與粉末混合，生產(chǎn)乙炔氣體，將其與空氣和水一起通過管道輸送到燃燒室中，點燃后乙炔空氣混合物爆炸，迫使水流出燃燒室，提供51N的推力，足以將160克重的機器人發(fā)射到26米高空，以每秒11米的速度飛越水面。
每次爆炸只需要50毫克的碳化鈣，與3滴水混合就可以產(chǎn)生足夠的乙炔?？諝夂退己苋菀撰@得，機器人上可以攜帶0.2克的碳化鈣粉末，它有足夠的燃料進行多次跳躍，而且跳躍的力量足以讓機器人在相當惡劣的海況下也能在空中飛行。
二、調節(jié)機器人質心保持飛行平衡
提供足夠的推力只是一個問題，需要解決的問題還包括讓機器人在控制保持平衡的機翼。機器人本身的總體設計也是一個挑戰(zhàn)，因為機器人的最佳設計和平衡在每個操作階段都有很大不同。
為了是AquaMAV在噴射階段以穩(wěn)定的方式飛行，質心必須在飛行器壓力中心前方相當一段距離。 但是，為了在水面上保持一個穩(wěn)定的浮動位置和在噴射過程中所需的角度，質心必須位于浮力中心的后面。
對于滑翔階段，為了確?？v向飛行穩(wěn)定性，必須在質心和壓力中心之間達到良好的平衡。 在滑翔過程中，質心應該從機翼的壓力中心稍微向前。
AquaMAV目前的版本，主要針對飛行的噴射階段進行了優(yōu)化，還沒有任何主動的飛行控制界面，但研究人員樂觀地認為，如果他們增加一些，讓機器人自主飛行就沒有問題了。
目前AquaMAV還只是一架滑翔機，接下來，研發(fā)團隊將給機器人安裝一個低功率的螺旋槳。為了實現(xiàn)水上和空中更有效的運動，還將安裝一個可切換的變速箱。
結語：飛行游泳機器人可用于水中取樣任務
倫敦理工學院研發(fā)的多模態(tài)飛行游泳機器人，通過化學反應產(chǎn)生的爆炸提供動能，可以使機器人從水中上升到空中，并穩(wěn)定飛行。解決了氣動式機器人如何產(chǎn)生動能和如何在飛行中保持平衡的問題。
經(jīng)過4年的潛心研究，AquaMAV已經(jīng)具備了穩(wěn)定的飛行能力，可以有效的執(zhí)行從水中到空中的飛行任務。
從長遠來看，這樣的機器人在大面積自動取樣水樣的任務中會很有用，如果能推出遠程控制的版本，將更加便捷，可以帶到海灘上遙控使用。
