不怕碰撞的可变形四旋翼机臂

确保无人机在动态环境中的飞行安全一直是个难题，因为在现实世界中碰撞往往难以避免；而恶劣环境又容易导致感知与路径规划系统失效，因此仅靠软件算法避障远远不够，必须从机械结构本身入手提升抗撞能力。本文报道的HoLoArm无人机受蜻蜓翅膀关节结构启发，将传统刚性机臂替换为柔性机臂：每条机臂由弹性热塑性聚氨酯制成的顺应性结构、关节和仿生韧带组成，受撞击时可弯曲、扭转和变形，同时不中断螺旋桨正常工作。该设计兼容6–13英寸（15–33厘米）多种尺寸螺旋桨，且采用模块化结构，便于制造与维修。由于其软硬混合结构的非线性动力学建模极为复杂，传统控制方法难以适用，研究团队转而采用强化学习策略，成功实现了碰撞后的自主恢复与持续导航。实验证明，相比传统刚性机臂四旋翼，HoLoArm在多次可控碰撞测试中表现出更强韧性，能稳定穿越狭窄缝隙和障碍密集区域，有效吸收跌落冲击并恢复飞行；还能在承载550克载荷下保持稳定可控。这项工作表明，将抗撞能力直接融入飞行器本体结构，是一种与感知和控制方案互补的重要思路，为开发更鲁棒、具备接触感知能力的空中机器人提供了新路径，使其有望在人口密集、环境不可预测的城市等场景中安全可靠运行。