无线微型昆虫机器人首度问世:仅比牙签略重

时间:2018-11-07 浏览:

想象一下,一只昆虫沿着一条管道飞落下来,嗅出气体泄漏;俯冲到植物下探测害虫和疾病;溜进狭小的空间,寻找灾难幸存者。现在想象一下,利用激光就可以控制它的一举一动。

无线微型昆虫机器人首度问世:仅比牙签略重

随着20世纪无人机技术的飞速发展,微型飞行12bet手机版机器人即将问世就不足为奇了:高盛(Goldman Sachs)预测,从现在到2020年,在商业和民用政府部门日益增长的需求的帮助下,无人机的市场机会将达到1000亿美元。


令人惊讶的是,研究人员花了20多年的时间才最终研究出一个完全自主的版本。这是因为驱动和控制机翼所需的电子设备是如此之重,以致于直到现在,飞行机器人昆虫还必须被拴在连接外部电源的电线上。


然而,由助理教授Sawyer Fuller领导的___大学的一个工程师团队却能够解决这个问题。依靠___大学的资助,他们创造了RoboFly,这是一种机器人昆虫,体重略高于一枚牙签重量。由一束指向光伏电池的看不见的激光束提供动力。光伏电池附着在机器人的上方,将激光转化为足够的电能来驱动机翼。


由于激光本身不能提供足够的电压来驱动机翼,研究小组设计了一个电路,将光伏电池发出的7伏电压提高到飞行所需的240伏。据富勒团队的成员、___大学电子工程系的博士生Vikram Iyer说,为了让RoboFly控制自己的翅膀,工程师们在同一个电路中添加了一个微控制器,这个微控制器就像它的大脑一样。“它告诉翅膀一些指令,像‘现在用力拍打’或者‘不要拍打’,”他说。


重塑昆虫大小的机器人


Fuller在麻省理工学院获得了机械工程学士和硕士学位,后来又在加州理工学院获得了生物工程博士学位。他现在指导___大学的自动昆虫机器人实验室,该实验室致力于推进昆虫大小机器人工程,从而更好地开发昆虫的能力。Fuller表示:“昆虫大小的机器人技术有很多约束。这才是我的兴趣所在。”


Fuller 20年前受到昆虫机器人的启发,当时他开始观察加州大学伯克利分校的一个小组,这个小组试图创造出一种“微型机械飞行昆虫”,重量不足一个回形针,可以从地面起飞并盘旋。


“他们开始取得成功,但这些小飞行机器人需要一根电线系在它们身上才能起飞。”后来,他参与了一系列其他的进步。“我们让它们能够在控制之下飞行;我们把传感器放在船上,让它们着陆,以及做一些其他事情。”


现年41岁的富勒和他的团队离创造一个完全自主的机器人昆虫又近了一步:目前,RoboFly只能起飞和降落。一旦它的光伏电池与激光没有保持在同一条直线上,机器人就会耗尽能量并着陆。但是研究小组希望不久就能控制激光,这样RoboFly就能在空中盘旋和飞行。Fuller说,他们目前正在研究更先进的大脑和传感器系统,以帮助机器人自己导航和完成任务。


他表示:“要实现完全自主,我认为我们可能还需要五年时间。”


据高盛称,无人机的三大行业分别是建筑业、农业和保险业,目前它们的总市值分别为1100万美元、500万美元和140万美元。Fuller看到了在大型无人机无法处理的方面,昆虫机器人存在许多机会。他认为微型农业是应用飞行机器人昆虫最有前途的领域。“机器人苍蝇会有目的的飞行,执行监测环境的能力,比如湿度、疾病。”


Fuller还计划增加气味传感器,这样RoboFly就能嗅出天然气泄漏或燃料泄漏。“苍蝇最擅长的事情之一就是寻找有味道的东西。我们的机器苍蝇可以做得很好。如果你能发现泄漏,那么你就能更容易地修补它们并减少温室气体排放,”Fuller说。


此外,Fuller说,RoboFly仅凭大小就能胜过大型无人机,原因有两个:成本和电池寿命。“大型无人机的电池寿命相当有限。最多30分钟。但是无人机可能需要在空中多呆一段时间才能发现漏洞。你还需要更强大的激光来驱动大型无人机。我们可以一次性部署大量的微型无人机,成本与一架大型无人机相同,因为微型无人机材料成本低。所以你可以让一百个微型无人机来完成一到两架大型无人机的任务。


但Fuller认为,未来的回报可能是巨大的:他和他的团队一直在联系埃克森美孚公司(ExxonMobil,世界最大的非政府石油天然气生产商),看看他们是否有任何兴趣,但迄今为止还没有得到回应。“我们肯定会对这样的合作感兴趣,”他说。


虽然机器人昆虫有很多潜在机会,但安全问题始终存在。Fuller说:“我认为公开我们所做的一切是非常重要的,这样人们就能知道该领域的进展如何,知道这项技术的发展方向。我工作的一部分就是要确保它被用来造福人类。”