Đề tài khoa học và công nghệ cấp trường nghiên cứu cải thiện khả năng tạo lực nâng của phương tiện bay kích cỡ nano, loại cánh đập

Tổng quan tình hình nghiên cứu

Lựa chọn dạng cánh

Các MAV hiện nay được phân loại thành ba loại chính dựa trên cơ chế tạo ra lực nâng, bao gồm cánh cố định, cánh quay và cánh đập.

UAV cánh cố định, giống như máy bay, có tỷ lệ lực đẩy và lực nâng không đổi, giúp việc điều khiển bay trở nên đơn giản Được phát triển với khung toán học hoàn chỉnh, UAV cánh cố định là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng ngoài trời, nơi thời gian bay tối đa được ưu tiên Thường sử dụng một hoặc nhiều cánh quạt để tạo ra lực đẩy, MAV cần một bộ vi điều khiển tích hợp để đảm bảo độ ổn định trong quá trình bay.

Hình 1 1 Cánh cố định loại cứng và mềm dẻo, (a) Black Widow trong suốt chế tạo bởi AeroVironment [12], (b) cánh mềm dẻo phát triển bởi University of Florida [13].

Một số nguyên mẫu tồn tại nhưng không thuộc phạm vi NAV, với các phương tiện có sải cánh lớn hơn 7,5 cm được coi là MAV, như AeroVironment Black Widow có sải cánh 15,2 cm, nặng khoảng 80 g, trong đó một nửa là pin Black Widow được phát triển trong 4 năm, có thời gian hoạt động 30 phút và bay không ngừng 17 km với tốc độ 38 đến 53 km/h, đồng thời trang bị camera màu và bộ truyền video Vấn đề cánh cố định xảy ra khi tăng góc tấn tới hạn, dẫn đến sự tách dòng khí và giảm lực nâng Các cánh mềm dẻo phù hợp với MAV có thể biến đổi hình dạng để thích ứng với môi trường, giúp tăng góc tới hạn nhờ khả năng điều khiển thụ động, theo tài liệu tham khảo về UAVs với cánh linh hoạt có thể nâng cao hệ số lực kéo.

Các nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng số Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) với các bộ giải dòng chảy như Navier Stokes để phân tích các tương tác giữa cấu trúc và chất lỏng Để xác thực mô hình, các nghiên cứu đã tập trung vào chất lỏng xung quanh cánh máy bay, cánh và thân máy bay ở các góc tấn công cho đến điểm dừng Đại học Florida đã phát triển một máy bay không người lái cánh linh hoạt với sải cánh 12,7 cm, có thời gian hoạt động lên đến 15 phút và tốc độ từ 24 đến 40 km/h.

Theo DARPA, phương tiện có cánh cố định tối ưu về kích thước và trọng lượng, nhưng cần di chuyển liên tục để tạo lực nâng, khiến chúng không thể lượn và cơ động trong không gian chật hẹp Do đó, chúng không phù hợp với mục tiêu đã đề ra trong phần giới thiệu Kiểu cánh được trình bày trong phần tiếp theo có thể là giải pháp cho một MAV có khả năng cơ động tốt hơn.

Hình 1 2: Các cấu hình của phương tiện bay loại cánh xoay: a) conventional, b) ducted coaxial, c) conventional coaxial, d) side-by-side rotors, e) synchropter, f) conventional tandem, g) quadrotor [20], [21]

Các phương tiện cánh quay nổi bật với khả năng cất cánh thẳng đứng, bay lơ lửng và di chuyển chậm theo nhiều hướng, đặc biệt phù hợp cho môi trường đô thị hạn chế hoặc trong nhà Chúng có phạm vi ứng dụng rộng rãi, bao gồm điều hướng trong nhà, trinh sát dân sự, an ninh, lập bản đồ, khảo sát và giám sát, tạo mô hình độ cao kỹ thuật số, và chụp ảnh Dựa vào số lượng và vị trí cánh quạt, các phương tiện này có thể được phân loại thành nhiều danh mục khác nhau.

Mỗi loại MAV (phương tiện bay không người lái cánh quay) có đặc điểm riêng phù hợp với các nhiệm vụ cụ thể, vì vậy sự lựa chọn danh mục phụ thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ Chẳng hạn, nếu cần một MAV có khả năng điều khiển tốt, động cơ bốn bánh sẽ là lựa chọn lý tưởng Tuy nhiên, nếu yêu cầu là phương tiện bay với cấu hình đơn giản hơn, động cơ bốn bánh không phải là sự lựa chọn tối ưu Một trong những MAV cánh xoay nổi bật là Black Hornet, một thiết bị quân sự phát triển bởi Prox Dynamics AS của Na Uy Với kích thước khoảng 10 cm x 2,5 cm và trọng lượng chỉ hơn 16 g, Black Hornet đủ nhỏ để cầm trong tay và trang bị ba camera: một hướng về phía trước, một hướng thẳng xuống và một hướng 45 độ xuống, hiện đang được sử dụng trong các khu vực chiến đấu.

Hình 1 3: Ví dụ MAV và NAV loại cánh xoay, (a) the Black Hornet, (b) Crazyflie, (c)Mesicopter, (d) Picoflyer.

Quadrotor Crazyflie 2.0 là một nền tảng phát triển máy bay cơ động mã nguồn mở, lý tưởng cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu Với khả năng sửa đổi linh hoạt, người dùng có thể kiểm soát hoàn toàn hệ thống và thêm phần cứng hoặc cảm biến mới qua các cổng mở rộng Quadrotor này chỉ nặng 27 g, kích thước 92 mm x 92 mm x 29 mm, đủ nhỏ để nằm gọn trong tay Thời gian bay khoảng 7 phút và trọng tải khuyến nghị tối đa là 15 g.

Hệ thống cánh quay, được ứng dụng trong MAV và NAV, hiện đang nghiêng về MAV nhờ vào khả năng chịu tải cao hơn Hai loại NAV quay đáng chú ý là Mesicopter và Picoflyer Mesicopter, một NAV quadrotor nặng 3 g, là một phần của nghiên cứu khả thi cho rôto quy mô rất nhỏ, sử dụng rôto có đường kính 1,5 cm và nguồn điện bên ngoài, nhưng không thể duy trì chuyến bay thực do pin quá nặng và thiếu thiết bị điều khiển Trong khi đó, Picoflyer, với cánh quạt đồng trục quay ngược chiều 60 mm, là máy bay trực thăng điều khiển bằng sóng vô tuyến nhỏ nhất với trọng lượng chỉ 3,3 g, có khả năng bay liên tục trong 30 giây, mặc dù yêu cầu người điều khiển có kinh nghiệm và không trang bị cảm biến.

Phân tích số liệu công suất trong tài liệu cho thấy rôto sử dụng cho MAV có hiệu suất kém, dẫn đến thời gian bay ngắn Hệ phương tiện hiện tại thường thiếu cảm biến bổ sung, với FM giảm từ 0,8 đối với phương tiện bay cánh xoay có người lái xuống còn 0,45 đến 0,55 cho MAV Hiệu suất khí động học kém này do số Re hoạt động thấp và hiệu ứng nhớt cao Để cải thiện thời gian bay, các nhà thiết kế đã chú trọng vào tối ưu hóa hình dạng cánh gió, nền tảng cánh quạt và sự phân bố xoắn Bên cạnh đó, tiếng ồn từ tần số kích hoạt của cánh quạt cũng cần được xem xét.

Kết luận, cả cánh cố định và cánh quay đã được nghiên cứu sâu, nhưng đều gặp khó khăn trong việc giảm kích thước phương tiện và hệ số Re Điều này đã dẫn đến sự phát triển của loại cánh thứ ba, được gọi là cánh đập.

2.3 Cánh đập Ý tưởng về phương tiện bay loại cánh đập được lấy cảm hứng từ các sinh vật bay bao gồm chim và côn trùng, đập cánh để tạo lực nâng và lực đẩy MAV nằm trong cùng phạm vi với các loài chim nhỏ nhất và côn trùng lớn nhất Ở kích thước nhỏ này, những phương tiện bay phải chịu hiệu ứng nhớt tương đối cao do sự giảm số hệ số Re. Như trong Hình 1 4, các phương tiện hoặc động vật bay càng nhỏ thì số Re càng thấp. Hơn nữa, cánh liên tục tăng và giảm tốc trong quá trình đảo chiều hành trình dẫn đến khí động học không ổn định cao May mắn thay, thiên nhiên đã có câu trả lời, đó là lý do tại sao các nhà nghiên cứu đang cố gắng tái tạo trong phòng thí nghiệm kỹ thuật bay tương tự như các loài chim và côn trùng được gọi là cánh đập.

Hình 1 4:Khoảng hệ số Reynolds cho các sinh vật cũng như phương tiện bay, hình được tích hợp từ tài liệu tham khảo [26].

Cần phân biệt kỹ thuật bay của chim và côn trùng vì chúng dựa trên nguyên tắc khác nhau Chim vỗ cánh lên xuống với góc tấn nhỏ, tạo ra lực nâng và đẩy cùng lúc, nhưng lực đẩy yếu và cần tốc độ bay về phía trước, khiến chúng không thể bay lượn trừ chim ruồi Ngược lại, côn trùng vỗ cánh gần nằm ngang với sự thay đổi lớn về góc tấn, cho phép chúng đạt tỷ lệ trọng lượng-lực nâng cao hơn, cất cánh và hạ cánh thẳng đứng, cũng như bay lơ lửng Côn trùng còn có khả năng bay lùi và phục hồi sau va chạm, với thời gian bay dài mà không tiêu tốn nhiều năng lượng Tuy nhiên, hiệu suất của các thiết kế MAV cánh đập hiện tại vẫn thấp hơn so với cánh cố định và cánh quay, nhưng tiềm năng đạt được hiệu suất bay ấn tượng như sinh vật tự nhiên vẫn thúc đẩy nghiên cứu trong lĩnh vực này.

Một số MAV hiện có, dựa trên dữ liệu năm 2014, đã được biểu diễn trên biểu đồ theo trọng lượng và thời gian bay, như thể hiện trong Hình 1 Màu sắc được sử dụng để phân biệt các loại phương tiện: màu tím cho loại cánh cố định, xanh lam cho loại quay, và đỏ cho loại cánh đập.

Mối quan hệ giữa trọng lượng và thời gian bay của các MAV hiện có (số liệu năm 2014) được thể hiện qua hình 1.5, trong đó các phương tiện có cánh cố định, quay và cánh đập được phân biệt bằng màu sắc tím, xanh lam và đỏ Hình ảnh chỉ hiển thị các kích thước chính tương ứng với từng loại cánh, giúp người đọc dễ dàng nhận biết kích thước của các phương tiện, ví dụ như sải cánh mô tả kích thước của chúng.

MAV có cánh đập và cánh cố định, trong khi kích thước 3D của đường kính quadrotor và rotor được sử dụng cho các phương tiện cánh quay khác

Lựa chọn động học cánh và khí động học theo kèm

Khả năng bay của côn trùng và chim phụ thuộc vào động học của cánh và các lực khí động học Trong tự nhiên, hai nhóm này có cách bay khác nhau: chim thường vỗ cánh lên xuống trong một mặt phẳng thẳng đứng với góc tấn không thay đổi nhiều, trong khi côn trùng vỗ cánh theo một mặt phẳng gần như nằm ngang với những thay đổi lớn về góc độ.

Động học của cánh côn trùng phức tạp hơn so với chim, với nhiều biến thể nhưng có bốn chuyển động chính: hành trình đi xuống, đảo chiều, hành trình lên và lại đảo chiều Hành trình đi xuống và hành trình lên chủ yếu là chuyển động tịnh tiến dọc theo mặt phẳng, trong khi hai chuyển động còn lại là quay dọc theo trục cánh Cuối mỗi lần vỗ, cánh sẽ đảo ngược hướng để tạo ra góc tấn dương cho lần vỗ tiếp theo.

Ngay cả khi di chuyển, góc tấn của cánh liên tục thay đổi, với giá trị trung bình thường là 35 ° ở vị trí 70% của sải cánh Trong chu kỳ vỗ cánh, đầu cánh tạo ra hình dạng giống quả chuối hoặc số tám trong mặt phẳng vỗ cánh Bằng cách điều chỉnh mặt phẳng vỗ cánh và phá vỡ sự đối xứng, côn trùng có khả năng bay tới, lùi hoặc lơ lửng Do đó, các phương tiện bay lấy cảm hứng từ côn trùng có thể trở thành giải pháp triển vọng cho các máy bay không người lái nhỏ (MAV) có khả năng bay lượn linh hoạt.

Hình 1.8 mô tả động học cánh vỗ cơ bản, trong đó đường đi của cánh được xác định bởi quỹ đạo của dây cung cánh Ảnh chụp nhanh cho thấy hợp dây cung cánh trong quá trình cánh lên và xuống, minh họa rõ ràng chuyển động tịnh tiến và sự đảo chiều của cánh tại cuối mỗi hành trình.

Cùng với động học cánh côn trùng, nhiều cơ chế khí động học có thể áp dụng cho MAV, mặc dù việc mô hình hóa và tái tạo các hiệu ứng phức tạp này vẫn còn nhiều thách thức Tuy nhiên, những ưu điểm của chúng là không thể phủ nhận Chẳng hạn, việc chọn lựa chi tiết có độ đàn hồi phù hợp cho cánh vỗ thụ động có thể dẫn đến sự xoay cánh nâng cao, từ đó tăng lực nâng nhờ hiệu ứng Kramer Một ví dụ khác là cơ chế “clap-and-fling” được áp dụng trong Delfly và Mentor.

Để tăng cường lực, chúng tôi sẽ tìm hiểu cách đạt được động học của cánh cụ thể Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng tham khảo nguồn tài liệu liên quan.

Lựa chọn cơ chế truyền động cánh

Côn trùng và chim sử dụng cơ bắp mạnh mẽ để kích hoạt cánh, nhưng cấu trúc của chúng khác nhau tùy thuộc vào kích thước Chim lớn hơn côn trùng, cho phép tích hợp nhiều cơ, lông và bộ phận chuyển động hơn trong cánh Cánh chim có ba khớp ở vai, khuỷu tay và cổ tay, với các cơ ngực tạo lực cho nhịp đập và các cơ khác điều chỉnh hình dạng cánh khi bay Nhờ đó, chim có khả năng kiểm soát hình dạng và sải cánh, thích nghi với các chế độ bay khác nhau.

Cánh côn trùng có cấu trúc đơn giản với màng và đường gân, không thay đổi hình dạng khi vỗ cánh Đặc điểm độc đáo nằm ở cách kết nối giữa cơ bay và cánh Trong tự nhiên, côn trùng tạo ra chuyển động vỗ cánh theo hai cách, trong đó cách thứ nhất là sử dụng cơ trực tiếp để điều khiển cánh, đặc trưng cho côn trùng bốn cánh như chuồn chuồn.

Truyền động trực tiếp mang lại sự đơn giản, cho phép côn trùng bay nhanh nhưng lại hạn chế tần số vỗ Ngược lại, các loài côn trùng cao cấp như ong và ruồi sử dụng cơ bay gián tiếp, nơi các cơ bay và lồng ngực hoạt động như một cấu trúc cộng hưởng Nhờ đó, chúng có khả năng vỗ cánh với tần số cao hơn, biên độ lớn hơn, và đảm bảo sự đồng bộ hoàn hảo giữa các cánh.

Hình 1 9: a) bird flight apparatus [37], insects and their flight apparatus: b) direct and c) indirect muscles [38] [40].

Chế độ bay

Để hiểu rõ hơn về hiện tượng khí động học, chúng ta cần xem xét bản chất và các phương thức bay khác nhau Nhiều thiết kế máy bay hiện nay được lấy cảm hứng từ các sinh vật bay tự nhiên.

Bay theo cách lướt là phương thức tiết kiệm năng lượng, trong đó cánh chỉ cần duỗi ra mà không cần vỗ Khi di chuyển trong không khí, cánh làm lệch hướng không khí đi xuống, tạo ra lực nâng đủ để giữ cho sinh vật bay không rơi xuống Để tiến về phía trước, sinh vật bay hoặc máy bay có thể nghiêng nhẹ về phía trước, giúp lực nâng nghiêng về phía trước và tăng tốc.

Thế năng bù đắp tổn thất năng lượng do lực cản khí động học khiến chim giảm độ cao khi bay Để tiết kiệm năng lượng, chim thường bay lượn, đặc biệt là các loài lớn như hải âu, kền kền và đại bàng, có khả năng lượn xuất sắc Một số côn trùng như chuồn chuồn, cào cào và bướm cũng lượn để giảm tiêu thụ năng lượng, nhưng do không thể thay đổi sải cánh hay diện tích bề mặt, chúng ít kiểm soát hiệu suất lướt hơn Trong chế độ bay này, lý thuyết về phương tiện bay cánh cố định có thể mô tả khí động học của tàu lượn, với tỷ lệ lướt được tính bằng tỷ số giữa chuyển động tịnh tiến và lao xuống, tương ứng với tỷ lệ L: D (tỷ lệ lực nâng trên lực kéo).

Lấy cảm hứng từ cấu trúc cánh chim, các thiết bị nâng cao lực nâng nhân tạo đã được phát triển để cải thiện tỷ lệ nâng của máy bay Những thiết bị này, như "flap" và "slat", là các bộ phận trên cánh máy bay giúp tăng hệ số nâng của máy bay cánh cố định Hình 1.10 minh họa các thiết bị nâng cao di chuyển phổ biến, cùng với các thiết bị tương đương ở động vật bay.

Các flap gắn trên mép kéo của cánh máy bay giúp nâng cao hệ số nâng và độ trễ, giảm tốc độ tối thiểu an toàn và tăng góc hạ cánh Trong chuyến bay bình thường, cánh thường được thu lại để giảm lực cản Dơi có khả năng điều khiển độ khum của cánh để thay đổi diện tích bề mặt, trong khi chim có đuôi chẻ dài có thể mở rộng đuôi để kéo dài thời gian gắn kết dòng chảy, giúp giảm hiện tượng chòng chành ở góc tấn lớn hơn Con người đã học hỏi từ những cơ chế tự nhiên này.

Mép có rãnh “flap” giúp tăng góc lượn và giảm nhiễu động phía sau máy bay khi hạ cánh Một số loài chim sử dụng kỹ thuật vén lông che để cải thiện hiệu suất bay Con người cũng đã phát triển cơ chế tương tự gọi là “flap” tách.

Hình 1 10: Thiết bị tăng lực nâng của máy bay lấy cảm hứng từ các sinh vật bay,

Các cánh đệm mép trước giúp ngăn chặn sự giảm lực nâng bằng cách hút không khí từ dưới, làm tăng tốc không khí trong khe phễu và thổi luồng không khí nhanh qua bề mặt cánh Tuy nhiên, cơ chế này yêu cầu năng lượng để tăng tốc không khí, dẫn đến lực cản cao hơn Do đó, thiết bị này chỉ nên được sử dụng khi cần bay chậm, như trong quá trình cất cánh và hạ cánh, và nên đóng lại ở tốc độ cao để giảm lực cản Các loài chim có thể tạo ra hiệu ứng tương tự bằng cách nâng cao.

"ngón tay cái" của chúng với một số lông ở mép trước (Hình 1 10 b).

The design of vortex structures used in aircraft, inspired by nature, includes features such as the protruding digit on a bat wing, the serrated leading-edge feather of an owl, and the corrugated wing of a dragonfly.

Một phương pháp hiệu quả để ngăn chặn sự phân tách dòng chảy trên cánh máy bay là sử dụng các cơ cấu tạo dòng xoáy dọc theo những phần dày nhất của sải cánh Những cơ cấu này giúp duy trì sự trao đổi động lượng giữa các lớp chậm gần cánh và dòng chảy tự do, tạo ra sự hỗn loạn trong lớp biên trên bề mặt cánh, từ đó cho phép sự phân tách dòng chảy xảy ra ở các góc tấn công cao hơn Các đặc điểm như phần nhô ra trên cánh dơi, lông cánh có răng cưa ở mép cánh của cú, và cánh lượn sóng của chuồn chuồn đều có chức năng tương tự Thêm vào đó, cơ chế này còn góp phần giảm tiếng ồn khi bay.

5.2 Đập cánh bay tới Đập cánh bay tới sử dụng nhiều năng lượng hơn so với bay lượn vì những sinh vật bay phải vỗ cánh liên tục Trong quá trình chuyển động này, các cánh tiếp tục tạo ra lực nâng, giống như khi lướt, nhưng lực nâng được chuyển hướng về phía trước để cung cấp lực đẩy; điều này bù lại lực cản và cung cấp tốc độ bay tới Lực nâng cũng chống lại trọng lượng của con chim cho phép nó duy trì độ cao hoặc bay cao lên lên [87]. Để làm điều đó, sinh vật bay bay phải nghiêng mặt phẳng đập cánh xuống và về phía trước trong hành trình đập cánh xuống, lên và lùi lại trong hành trình rút hướng lên.

Tốc độ bay của sinh vật phụ thuộc vào góc của mặt phẳng hành trình; để tăng tốc độ, chúng cần điều chỉnh mặt phẳng đập cánh theo hướng thẳng đứng bằng cách tăng biên độ Khi bay ở tốc độ cao, thân sinh vật thường nghiêng mũi xuống và cuối cùng nằm ngang, giúp giảm lực cản do hình dáng cơ thể Ngược lại, việc vỗ cánh theo chiều ngang nhiều hơn sẽ làm giảm tốc độ bay Hình 1.12 minh họa sự điều chỉnh hành trình cánh của chim bồ câu tương ứng với các tốc độ tiến khác nhau.

Hình 1.12 mô tả chuyển động đập cánh của chim với các đường đi của đầu cánh và cổ tay, phản ánh sự thích ứng với các tốc độ bay ổn định khác nhau Trong suốt nhịp đập cánh, đầu cánh và cổ tay được theo dõi, cho thấy mặt phẳng đập cánh gần như thẳng đứng ở tốc độ cao, nhưng nghiêng về phía sau ở tốc độ thấp Đối với chim bồ câu, ở tốc độ 6 m/s và 8 m/s, đầu cánh tạo ra hình số 8, trong khi ở tốc độ từ 10 đến 20 m/s, hình dạng chuyển động là elip.

10 m/s, đường đi của đầu cánh di chuyển theo chiều dọc với tốc độ tăng dần.

Quỹ đạo đầu cánh của các loài chim và côn trùng khác nhau đáng kể, phụ thuộc vào tốc độ và chế độ bay của chúng Những sinh vật bay lớn, chẳng hạn như chim hải âu, thường có quỹ đạo đơn giản hơn so với các loài nhỏ hơn Ngược lại, côn trùng thường áp dụng mô hình bay phức tạp hơn so với chim và dơi.

Hình 1.13 minh họa quỹ đạo bay của nhiều loại sinh vật khác nhau so với phần thân, bao gồm: a) chim hải âu với khả năng bay nhanh; b) chim bồ câu bay chậm; c) dơi móng ngựa bay nhanh; d) dơi móng ngựa bay chậm; e) đom đóm; f) châu chấu; g) Bọ tháng sáu; và h) ruồi giấm [47].

Khi xem xét khí động học, có thể nhận thấy sự xuất hiện của các cấu trúc dòng chảy không ổn định xung quanh cánh do dòng xoáy ràng buộc bị biến dạng Hiện tượng mất ổn định này càng trở nên nghiêm trọng hơn khi tốc độ bay về phía trước giảm so với tốc độ vỗ.

Hình 1 14: Cấu trúc dòng chảy cho a) bay tới đập cánh chậm và b) nhanh [46].

Xem xét lựa chọn thành phần cho phương tiện bay

Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động vỗ cánh

Động cơ DC là một trong những giải pháp phổ biến để thay thế các cơ bay mạnh mẽ của động vật, đặc biệt trong các phương tiện bay không người lái (MAV), giúp tạo ra góc đầu ra lớn với điện áp thấp Mặc dù động cơ DC mạnh mẽ, dễ sử dụng và có sẵn phiên bản micro, nhưng hiệu suất lực điện từ sẽ giảm khi kích thước được thu nhỏ.

Một trong những hạn chế của động cơ điện là trọng lượng của chúng, ảnh hưởng đến khả năng giảm trọng lượng của phương tiện bay Động cơ DC không chổi than Smoovy Series 0308, với đường kính 3 mm và chiều dài 8 mm, được công nhận là động cơ nhỏ nhất và nhẹ nhất trong ngành công nghiệp, chỉ nặng 0,35g Do đó, việc sử dụng động cơ này làm thiết bị truyền động sẽ không thể đạt được trọng lượng tối ưu như Robobee (80 mg) hoặc OVMI (22 mg).

Việc phát triển robot kích thước côn trùng yêu cầu các thiết bị truyền động đặc biệt, như trình bày trong Bảng 1.1, với các đặc điểm chính như biến dạng tối đa, ứng suất, mật độ năng lượng biến dạng, hiệu suất và tốc độ phản hồi Các sinh vật bay nhỏ và nhẹ có tần số vỗ cao, do đó, thiết bị truyền động NAV cần phải hoạt động hiệu quả ở tần số này để đạt được hiệu suất tối ưu.

Bảng 2.1 phân loại các cơ cấu chấp hành cho thấy năm loại cơ cấu truyền động cuối có khả năng tạo ra ứng suất hoặc biến dạng lớn, nhưng chúng phản hồi chậm và không hiệu quả, không phù hợp cho NAV Ngược lại, các chất áp điện, đàn hồi điện môi, dẫn động tĩnh điện và điện từ có phản ứng nhanh, thích ứng tốt với chuyển động vỗ nhanh của côn trùng Các yêu cầu cụ thể cho việc sử dụng bộ truyền động sẽ được trình bày trong đoạn tiếp theo.

Chất đàn hồi điện môi có khả năng phản ứng mạnh mẽ với điện trường và thường hoạt động ở điện áp cao từ 1-10 kV, cho phép tạo ra biến dạng lớn ở mật độ làm việc cao Để tối ưu hóa hiệu suất, cơ chế cánh vỗ cần có một khung hỗ trợ cho chất đàn hồi điện môi được cuộn căng trước.

Bảng 2 1: Phân loại các loại cơ cấu chấp hành [57] [59]

Thiết bị truyền động tĩnh điện hoạt động ở điện áp cao (3-5 kV) nhưng lực ra không đủ (0,03 MPa) cho MAV Tuy nhiên, khả năng phản hồi nhanh và hiệu suất năng lượng cao (> 90) khiến chúng phù hợp với rô bốt microgram yêu cầu năng lượng thấp, như NAV 3,1 mg đã chứng minh khả năng cất cánh Cơ cấu công xôn áp điện hoạt động với mật độ công suất lớn và tổn thất truyền tải thấp, hiệu quả cho thiết bị truyền động của phương tiện cánh vỗ quy mô nhỏ (