
近年来,跨域多模态机器人技术正成为提升复杂环境作业能力的关键突破口。随着灾害救援、生态监测等复杂场景对全域作业能力需求的激增,传统单一运动模式的机器人难以应对空、水、陆介质差异导致的动力学失配问题,亟需通过驱动架构革新实现高效跨域作业。
北京航空航天大学向锦武院士、李道春教授、屠展研究员团队联合香港城市大学研究人员,成功研制“一核多态”—基于通用驱动核心的三栖机器人UniCore,相关成果发表于《自然》旗下首个工程学科子刊《Communications Engineering》。北航硕士生李嵩、博士生刘方圆与博士后董鑫为论文主要完成者,通讯作者为北航李道春教授、屠展研究员,以及香港城市大学Pakpong Chirarattananon教授。
该研究核心的电机-扭簧共振驱动系统(MRAS)突破多模态机器人设计瓶颈。团队受生物胸腔能量回收机制启发,构建重量仅22.4克的统一驱动平台,通过四个独立驱动单元实现高效共振运动,破解了传统跨域机器人因多套驱动系统导致的重量冗余难题。设计中央模式发生器(CPG)控制网络,仅需调节占空比、频率、振幅三参数即可完成飞行翻滚、水下推进与陆地疾驰的模式切换,为空水陆三栖全域自主作业奠定基础。
UniCore的模块化设计赋予其卓越的环境适应性。飞行模式下采用仿蜻蜓串列翼布局(翼展95毫米),在14伏电压下产生1.67倍自重升力;水下模式配备海龟仿生鳍(鳍展30毫米),通过非对称划水以3.7倍体长/秒速度高速推进;陆地模式创新弹簧-张线腿部结构,模仿袋鼠弹跳机制实现10倍体长/秒疾驰。这种"一核多态"设计首次验证了单平台驱动三栖运动的可行性,有望提升机器人在灾害救援、生态监测等复杂场景的作业效能。
该成果对推动无人系统技术发展具有重要意义,在未来,其轻量化集群架构可构建异构机器人网络,有望应用于灾后搜救、生态污染监测等任务。
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