第一架無線飛行機器人昆蟲起飛

昆蟲大小的飛行機器人可以幫助完成耗時的任務(wù)，例如調(diào)查大型農(nóng)場的作物生長或嗅出氣體泄漏。這些機器人通過顫動的小翅膀翱翔，因為它們太小而無法使用螺旋槳，就像在較大的無人機表兄弟上看到的那樣。小尺寸是有利的：這些機器人制造成本低，并且很容易滑入大型無人機無法觸及的狹窄位置。

但目前飛行的機器人仍然拴在地上。他們需要為電動和控制機翼所需的電子設(shè)備太重，無法攜帶這些微型機器人。

現(xiàn)在，華盛頓大學(xué)的工程師們第一次切斷了電源線，增加了一個大腦，允許他們的RoboFly采用它的第一個獨立襟翼。對于機器人來說，這可能是一個小襟翼，但它是機器人類的一個巨大飛躍。該團(tuán)隊將于5月23日在澳大利亞布里斯班舉行的國際機器人與自動化大會上發(fā)表研究結(jié)果。

RoboFly比牙簽略重，并由激光束提供動力。它使用一個微小的板載電路，將激光能量轉(zhuǎn)換成足夠的電力來操作它的機翼。

“在此之前，無線昆蟲大小的飛行機器人的概念是科幻小說。我們是否能夠在不需要電線的情況下使它們工作?” 合著者，美國威斯康星大學(xué)機械工程系助理教授Sawyer Fuller說。“我們的新無線RoboFly顯示它們更接近現(xiàn)實生活。”

工程挑戰(zhàn)是拍打。機翼擺動是一個耗電的過程，導(dǎo)向機翼的動力源和控制器都太大而且體積龐大，無法乘坐小型機器人。所以富勒以前的機器人RoboBee有一條皮帶 - 它通過地面的電線接收電源和控制。

但是飛行機器人應(yīng)該能夠獨立運行。富勒和團(tuán)隊決定使用狹窄的隱形激光束為他們的機器人提供動力。他們將激光束指向光伏電池，光伏電池連接在RoboFly上方并將激光轉(zhuǎn)換為電能。

“這是向RoboFly快速傳遞大量權(quán)力而不增加太多重量的最有效方式，”合著者Shyam Gollakota表示，他是UW Paul G. Allen計算機科學(xué)與工程學(xué)院的副教授。

但是，僅激光器不能提供足夠的電壓來移動機翼。這就是為什么該團(tuán)隊設(shè)計了一個電路，將光伏電池中的七伏電壓提升到飛行所需的240伏特。

“微控制器的作用就像一個真正的蒼蠅的大腦告訴翅膀肌肉何時啟用，”合著者維克拉姆艾耶，博士生在電氣工程的UW部門。“在RoboFly上，它會告訴翅膀'現(xiàn)在很難拍打'或'不要拍打'。”

具體來說，控制器以波浪形式發(fā)送電壓，以模仿真實昆蟲翅膀的顫動。

“它使用脈沖來塑造波浪，”主要作者，機械工程博士生約翰內(nèi)斯詹姆斯說。“為了使機翼迅速向前傾斜，它會快速連續(xù)發(fā)出一系列脈沖，然后當(dāng)你靠近波浪頂部時減慢脈沖速度。然后它反過來使翼展平穩(wěn)地在另一個方向。”

雖然RoboFly目前由激光束供電，但未來版本可以使用微型電池或從射頻信號中獲取能量，Gollakota說。這樣，可以針對特定任務(wù)修改其電源。

Fuller表示，未來的RoboFlies還可以期待更先進(jìn)的大腦和傳感器系統(tǒng)，幫助機器人自行導(dǎo)航和完成任務(wù)。

“我真的很想找到一個發(fā)現(xiàn)甲烷泄漏的人，”他說。“你可以買一個裝滿它們的行李箱，把它打開，然后它們就會在你的建筑物周圍飛來飛去尋找漏出管道的氣體。如果這些機器人可以很容易地發(fā)現(xiàn)泄漏，那么它們就更有可能修補，這將減少溫室氣體排放。這是受到真正的蒼蠅的啟發(fā)，真正的蒼蠅真的善于飛來尋找臭味的東西。所以我們認(rèn)為這是我們的RoboFly的一個很好的應(yīng)用。