論文の概要: A 26-Gram Butterfly-Inspired Robot Achieving Autonomous Tailless Flight
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.06811v2
- Date: Tue, 10 Mar 2026 06:38:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.236416
- Title: A 26-Gram Butterfly-Inspired Robot Achieving Autonomous Tailless Flight
- Title（参考訳）: 自律飛行を実現する26グラムのバタフライインスパイアされたロボット
- Authors: Weibin Gu, Chenrui Feng, Lian Liu, Chen Yang, Xingchi Jiao, Yuhe Ding, Xiaofei Shi, Chao Gao, Alessandro Rizzo, Guyue Zhou,
- Abstract要約: textitAirPulseは、26グラムの蝶にインスパイアされたロボットで、このスケールで尾のない二翼プラットフォームのために、初めてオンボードでクローズドループ制御飛行を行う。
蝶の飛行における重要な生体力学的特性を再現し、低アスペクト比、炭素繊維強化翼の適合性、および特徴的な生物学的身体の起伏を再現する低周波の羽ばたきを利用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 61.21669716392821
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The flight of biological butterflies represents a unique aerodynamic regime where high-amplitude, low-frequency wingstrokes induce significant body undulations and inertial fluctuations. While existing tailless flapping-wing micro air vehicles typically employ high-frequency kinematics to minimize such perturbations, the lepidopteran flight envelope remains a challenging and underexplored frontier for autonomous robotics. Here, we present \textit{AirPulse}, a 26-gram butterfly-inspired robot that achieves the first onboard, closed-loop controlled flight for a tailless two-winged platform at this scale. It replicates key biomechanical traits of butterfly flight, utilizing low-aspect-ratio, compliant carbon-fiber-reinforced wings and low-frequency flapping that reproduces characteristic biological body undulations. Leveraging a quantitative mapping of control effectiveness, we introduce a hierarchical control architecture featuring state estimator, attitude controller, and central pattern generator with Stroke Timing Asymmetry Rhythm (STAR), which translates attitude control demands into smooth and stable wingstroke timing and angle-offset modulations. Free-flight experiments demonstrate stable climbing and directed turning maneuvers, proving that autonomous locomotion is achievable even within oscillatory dynamical regimes. By bridging biological morphology with a minimalist control architecture, \textit{AirPulse} serves as both a hardware-validated model for decoding butterfly flight dynamics and a prototype for a new class of collision-resilient aerial robots. Its lightweight and compliant structure offers a non-invasive solution for a wide range of applications, such as ecological monitoring and confined-space inspection, where traditional drones may fall short.
- Abstract（参考訳）: 生物学的蝶の飛行は、高振幅で低周波のウイングストロークが重要な身体のゆらぎと慣性変動を引き起こすユニークな空気力学的な状態を表す。
既存の尾の無い羽ばたきマイクロエアカーは通常、そのような摂動を最小限に抑えるために高周波キネマティクスを使用しているが、レピドプターの飛行エンベロープは、自律ロボット工学にとって困難な、未調査のフロンティアである。
ここでは,26グラムの蝶にインスパイアされたロボットである‘textit{AirPulse} を紹介し,このスケールで尾のない2翼プラットフォームのための,最初のオンボード・クローズドループ制御飛行を実現する。
蝶の飛行における重要な生体力学的特性を再現し、低アスペクト比、炭素繊維強化翼の適合性、および特徴的な生物学的身体の起伏を再現する低周波の羽ばたきを利用する。
制御効率の定量的マッピングを応用し,姿勢制御要求をスムーズかつ安定な翼回りタイミングと角度オフセット変調に変換するストロークタイミング非対称性リズム(STAR)を用いた状態推定器,姿勢制御器,中央パターン生成器を備えた階層型制御アーキテクチャを導入する。
自由飛行実験では、安定な登山と方向の旋回操作が示され、自律的な移動が振動力学状態の中でも達成可能であることが証明された。
生物形態学を最小限の制御アーキテクチャでブリッジすることで、‘textit{AirPulse} はバタフライ飛行力学を復号するハードウェア検証モデルと、新しい種類の衝突耐性空中ロボットのプロトタイプの両方を提供する。
その軽量でコンプライアンスのよい構造は、生態モニタリングや密集空間検査など、さまざまな用途に非侵襲的なソリューションを提供する。
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