面向昆虫规模自主水下车辆的高效驱动技术
摘要
我们提出了 Very Little Eel-Inspired roBot（VLEIBot++）的最新演进版本，这是一款质量为 900 毫克的潜水机器人，由两根 10 毫克裸露高功率密度（HWD） actuators 驱动，其功能基于形状记忆合金（SMA）线的使用。该类型 actuator 在空中操作时平均功耗约为 40 毫瓦。我们集成了 onboard power 与 computation 至 VLEIBot++，并采用自制印刷电路板（PCB）和一块 11 毫安 3.7 伏 507 毫克单电池锂离子（Li-Ion）电池，使其在单次充电后可实现约 20 分钟的自主潜水。该机器人以最高可达 18.7 毫米/秒（0.46 Bl/s）的速度潜水，是目前首个具备 onboard power、actuation 与 computation 能力的亚克gram微型潜水机器人。不幸的是，VLEIBot++ 原型采用的驱动方法无法用于水下应用，因为典型 10 毫克裸露 SMA 微型 actuator 在水下运行时平均功耗约为 800 毫瓦。为此，我们引入了一种新型 13 毫克高性能、功率更高效的 SMA 微型 actuator，其在空气和水中均可实现约 80 毫瓦的平均功耗和约 3 毫米的驱动位移（低频）。该设计基于密封柔性气囊封装 SMA 线，以被动控制热传递速率。此新型高效封装 actuator 仅需 3-4 伏的 excitation 电压，即可通过简单电子电路实现。本文所述技术突破为开发面向昆虫规模的自主水下车辆（AUV）指明了道路。
引用
@article{arxiv.2411.18001,
title = {Power-Efficient Actuation for Insect-Scale Autonomous Underwater Vehicles},
author = {Cody R. Longwell and Conor K. Trygstad and Nestor O. Perez-Arancibia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.18001},
year = {2025}
}
备注
Presented at the 40th International Symposium on Robotics Research (ISRR 2024) in Long Beach, CA. on December 12th