Collision Resilient Insect-Scale Soft-Actuated Aerial Robots With High Agility

作者
Yufeng Chen,Siyi Xu,Zhijian Ren,Pakpong Chirarattananon
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:37 (5): 1752-1764 被引量:117
标识
DOI:10.1109/tro.2021.3053647
摘要

Flying insects are remarkably agile and robust. As they fly through cluttered natural environments, they can demonstrate aggressive acrobatic maneuvers such as backflip, rapid escape, and in-flight collision recovery. Current state-of-the-art subgram microaerial-vehicles (MAVs) are predominately powered by rigid actuators such as piezoelectric ceramics, but they have low fracture strength (120 MPa) and failure strain (0.3%). Although these existing systems can achieve a high lift-to-weight ratio, they have not demonstrated insect-like maneuvers such as somersault or rapid collision recovery. In this article, we present a 665 mg aerial robot that is powered by novel dielectric elastomer actuators (DEA). The new DEA achieves high power density (1.2 kW/kg) and relatively high transduction efficiency (37%). We further incorporate this soft actuator into an aerial robot to demonstrate novel flight capabilities. This insect-scale aerial robot has a large lift-to-weight ratio (>2.2:1) and it achieves an ascending speed of 70 cm/s. In addition to demonstrating controlled hovering flight, it can recover from an in-flight collision and perform a somersault within 0.16 s. This work demonstrates that soft aerial robots can achieve insect-like flight capabilities absent in rigid-powered MAVs, thus showing the potential of a new class of hybrid soft-rigid robots.

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