第一架無(wú)線飛行機(jī)器人昆蟲起飛

工程師們創(chuàng)造了RoboFly，這是第一款無(wú)線飛行機(jī)器人昆蟲。RoboFly比牙簽略重，并由激光束提供動(dòng)力。昆蟲大小的飛行機(jī)器人可以幫助完成耗時(shí)的任務(wù)，例如調(diào)查大型農(nóng)場(chǎng)的作物生長(zhǎng)或嗅出氣體泄漏。這些機(jī)器人通過(guò)顫動(dòng)的小翅膀翱翔，因?yàn)樗鼈兲《鵁o(wú)法使用螺旋槳，就像在較大的無(wú)人機(jī)表兄弟上看到的那樣。小尺寸是有利的：這些機(jī)器人制造成本低，并且很容易滑入大型無(wú)人機(jī)無(wú)法觸及的狹窄位置。

但目前飛行的機(jī)器人仍然拴在地上。他們需要為電動(dòng)和控制機(jī)翼所需的電子設(shè)備太重，無(wú)法攜帶這些微型機(jī)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(gè)大腦，允許他們的RoboFly采用它的第一個(gè)獨(dú)立襟翼。對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)小襟翼，但它是機(jī)器人類的一個(gè)巨大飛躍。該團(tuán)隊(duì)將于5月23日在澳大利亞布里斯班舉行的國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化大會(huì)上發(fā)表研究結(jié)果。

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

“在此之前，無(wú)線昆蟲大小的飛行機(jī)器人的概念是科幻小說(shuō)。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(guó)威斯康星大學(xué)機(jī)械工程系助理教授Sawyer Fuller說(shuō)。“我們的新無(wú)線RoboFly顯示它們更接近現(xiàn)實(shí)生活。”

工程挑戰(zhàn)是拍打。機(jī)翼擺動(dòng)是一個(gè)耗電的過(guò)程，導(dǎo)向機(jī)翼的動(dòng)力源和控制器都太大而且體積龐大，無(wú)法乘坐小型機(jī)器人。所以富勒以前的機(jī)器人RoboBee有一條皮帶 - 它通過(guò)地面的電線接收電力和控制。

但是飛行機(jī)器人應(yīng)該能夠獨(dú)立運(yùn)行。富勒和團(tuán)隊(duì)決定使用狹窄的隱形激光束為他們的機(jī)器人提供動(dòng)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(jì)算機(jī)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(lái)移動(dòng)機(jī)翼。這就是為什么該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路，將光伏電池中的七伏電壓提升到飛行所需的240伏特。

為了讓RoboFly控制自己的翅膀，工程師提供了一個(gè)大腦：他們?cè)谕粋€(gè)電路中增加了一個(gè)微控制器。

華盛頓大學(xué)電氣工程系的博士生Vikram Iyer說(shuō)：“微控制器的作用就像真正的蒼蠅大腦一樣，可以讓你的肌肉在何時(shí)發(fā)射。”“在RoboFly上，它會(huì)告訴翅膀'現(xiàn)在很難拍打'或'不要拍打'。”

具體來(lái)說(shuō)，控制器以波浪形式發(fā)送電壓，以模仿真實(shí)昆蟲翅膀的顫動(dòng)。

“它使用脈沖來(lái)塑造波浪，”主要作者，機(jī)械工程博士生約翰內(nèi)斯詹姆斯說(shuō)。“為了使機(jī)翼迅速向前傾斜，它會(huì)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(shí)減慢脈沖速度。然后它反過(guò)來(lái)使翼展平穩(wěn)地在另一個(gè)方向。”

目前，RoboFly只能起飛和降落。一旦其光伏電池不在激光器的直接視線范圍內(nèi)，機(jī)器人就會(huì)耗盡電力并著陸。但該團(tuán)隊(duì)希望很快能夠引導(dǎo)激光，以便RoboFly可以盤旋并飛來(lái)飛去。

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

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

“我真的很想找到一個(gè)發(fā)現(xiàn)甲烷泄漏的人，”他說(shuō)。“你可以買一個(gè)裝滿它們的行李箱，把它打開(kāi)，然后它們就會(huì)在你的建筑物周圍飛來(lái)飛去尋找漏出管道的氣體。如果這些機(jī)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(bǔ)，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(lái)尋找臭味的東西。所以我們認(rèn)為這是我們的RoboFly的一個(gè)很好的應(yīng)用。