想象一下，一只昆蟲沿著一條管道飛落下來，嗅出氣體泄漏;俯沖到植物下探測害蟲和疾病;溜進(jìn)狹小的空間，尋找災(zāi)難幸存者?，F(xiàn)在想象一下，利用激光就可以控制它的一舉一動。
隨著20世紀(jì)無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微型飛行機(jī)器人即將問世就不足為奇了:高盛(Goldman Sachs)預(yù)測，從現(xiàn)在到2020年，在商業(yè)和民用政府部門日益增長的需求的幫助下，無人機(jī)的市場機(jī)會將達(dá)到1000億美元。
令人驚訝的是，研究人員花了20多年的時間才最終研究出一個完全自主的版本。這是因為驅(qū)動和控制機(jī)翼所需的電子設(shè)備是如此之重，以致于直到現(xiàn)在，飛行機(jī)器人昆蟲還必須被拴在連接外部電源的電線上。
然而，由助理教授Sawyer Fuller領(lǐng)導(dǎo)的華盛頓大學(xué)的一個工程師團(tuán)隊卻能夠解決這個問題。依靠華盛頓大學(xué)的資助，他們創(chuàng)造了RoboFly，這是一種機(jī)器人昆蟲，體重略高于一枚牙簽重量。由一束指向光伏電池的看不見的激光束提供動力。光伏電池附著在機(jī)器人的上方，將激光轉(zhuǎn)化為足夠的電能來驅(qū)動機(jī)翼。
由于激光本身不能提供足夠的電壓來驅(qū)動機(jī)翼，研究小組設(shè)計了一個電路，將光伏電池發(fā)出的7伏電壓提高到飛行所需的240伏。據(jù)富勒團(tuán)隊的成員、華盛頓大學(xué)電子工程系的博士生Vikram Iyer說，為了讓RoboFly控制自己的翅膀，工程師們在同一個電路中添加了一個微控制器，這個微控制器就像它的大腦一樣。“它告訴翅膀一些指令，像‘現(xiàn)在用力拍打’或者‘不要拍打’，”他說。
重塑昆蟲大小的機(jī)器人
Fuller在麻省理工學(xué)院獲得了機(jī)械工程學(xué)士和碩士學(xué)位，后來又在加州理工學(xué)院獲得了生物工程博士學(xué)位。他現(xiàn)在指導(dǎo)華盛頓大學(xué)的自動昆蟲機(jī)器人實驗室，該實驗室致力于推進(jìn)昆蟲大小機(jī)器人工程，從而更好地開發(fā)昆蟲的能力。Fuller表示：“昆蟲大小的機(jī)器人技術(shù)有很多約束。這才是我的興趣所在。”
Fuller 20年前受到昆蟲機(jī)器人的啟發(fā)，當(dāng)時他開始觀察加州大學(xué)伯克利分校的一個小組，這個小組試圖創(chuàng)造出一種“微型機(jī)械飛行昆蟲”，重量不足一個回形針，可以從地面起飛并盤旋。
“他們開始取得成功，但這些小飛行機(jī)器人需要一根電線系在它們身上才能起飛。”后來，他參與了一系列其他的進(jìn)步。“我們讓它們能夠在控制之下飛行;我們把傳感器放在船上，讓它們著陸，以及做一些其他事情。”
現(xiàn)年41歲的富勒和他的團(tuán)隊離創(chuàng)造一個完全自主的機(jī)器人昆蟲又近了一步:目前，RoboFly只能起飛和降落。一旦它的光伏電池與激光沒有保持在同一條直線上，機(jī)器人就會耗盡能量并著陸。但是研究小組希望不久就能控制激光，這樣RoboFly就能在空中盤旋和飛行。Fuller 說，他們目前正在研究更先進(jìn)的大腦和傳感器系統(tǒng)，以幫助機(jī)器人自己導(dǎo)航和完成任務(wù)。
他表示:“要實現(xiàn)完全自主，我認(rèn)為我們可能還需要五年時間。”
據(jù)高盛稱，無人機(jī)的三大行業(yè)分別是建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)和保險業(yè)，目前它們的總市值分別為1100萬美元、500萬美元和140萬美元。Fuller看到了在大型無人機(jī)無法處理的方面，昆蟲機(jī)器人存在許多機(jī)會。他認(rèn)為微型農(nóng)業(yè)是應(yīng)用飛行機(jī)器人昆蟲最有前途的領(lǐng)域。“機(jī)器人蒼蠅會有目的的飛行，執(zhí)行監(jiān)測環(huán)境的能力,比如濕度、疾病。”
Fuller還計劃增加氣味傳感器，這樣RoboFly就能嗅出天然氣泄漏或燃料泄漏。“蒼蠅最擅長的事情之一就是尋找有味道的東西。我們的機(jī)器蒼蠅可以做得很好。如果你能發(fā)現(xiàn)泄漏，那么你就能更容易地修補(bǔ)它們并減少溫室氣體排放，”Fuller說。
此外，F(xiàn)uller說，RoboFly僅憑大小就能勝過大型無人機(jī)，原因有兩個:成本和電池壽命。“大型無人機(jī)的電池壽命相當(dāng)有限。最多30分鐘。但是無人機(jī)可能需要在空中多呆一段時間才能發(fā)現(xiàn)漏洞。你還需要更強(qiáng)大的激光來驅(qū)動大型無人機(jī)。我們可以一次性部署大量的微型無人機(jī)，成本與一架大型無人機(jī)相同，因為微型無人機(jī)材料成本低。所以你可以讓一百個微型無人機(jī)來完成一到兩架大型無人機(jī)的任務(wù)。
但Fuller認(rèn)為，未來的回報可能是巨大的:他和他的團(tuán)隊一直在聯(lián)系埃克森美孚公司(ExxonMobil，世界最大的非政府石油天然氣生產(chǎn)商)，看看他們是否有任何興趣，但迄今為止還沒有得到回應(yīng)。“我們肯定會對這樣的合作感興趣，”他說。
雖然機(jī)器人昆蟲有很多潛在機(jī)會，但安全問題始終存在。Fuller說：“我認(rèn)為公開我們所做的一切是非常重要的，這樣人們就能知道該領(lǐng)域的進(jìn)展如何，知道這項技術(shù)的發(fā)展方向。我工作的一部分就是要確保它被用來造福人類。”
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