北航向锦武院士团队研制出“一核多态”水陆空三栖机器人

来源:中国机器人网 | 2025-12-30 20:59

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  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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