草图：“我制造飞行机器人”

如果你想让机器人机动性更强，那么它必须很小。随着尺寸的缩小，“惯性矩”——对角运动的阻力——会急剧下降。我们的纳米四旋翼机器人尽可能轻便：重量不到五分之一磅，手掌大小。

它们可以在半秒内完成空中后空翻，以 2 G 的加速度加速，并以三维队形在旋翼叶片间飞行——而且它们可以自主完成所有这一切。我们告诉它们要去哪里，但不告诉它们如何去。每个机器人都与安装在实验室天花板上的动作捕捉摄像机网络进行通信。摄像机连接到计算机，计算机计算机器人及其邻居的位置。它就像 GPS，但信息每秒更新 100 次，精度不到厘米。机器人还配备了测量角速度的传感器、指示安全气囊何时展开的加速度计、驱动螺旋桨的电机以及控制电机和电池的电路。

飞行机器人面临的最大数学挑战是让它们在六个维度上移动：x、y、z、俯仰、偏航和滚动。我们在实验室中创建了 3D 障碍赛道——窗户、门、贴在柱子上的呼啦圈——并让机器人飞过。这看起来就像一场哈利波特魁地奇比赛。我们还在日本仙台地震中受损的建筑物中测试了一些更大的机器人。这是我们设想的这些机器人的主要应用：搜索和救援。

—维贾伊·库马尔是宾夕法尼亚大学机械工程学教授。纳米四旋翼飞行器目前由该大学实验室的子公司 KMel Robotics 制造。