導(dǎo)讀

近日，美國(guó)華盛頓年夜學(xué)的工程師們初次割斷了約束飛翔機(jī)械人的電線，并為它們添加了“年夜腦”。他們?cè)O(shè)計(jì)出的飛翔機(jī)械人 RoboFly 睜開(kāi)了初次自力地振翅飛翔。關(guān)于 RoboFly 來(lái)講，這是一次渺小的振翅；關(guān)于機(jī)械人類(lèi)來(lái)講，這倒是一次偉大的奔騰。

配景

蟲(chóng)豸般年夜小的飛翔機(jī)械人能贊助人類(lèi)完成費(fèi)時(shí)的義務(wù)，例如查詢拜訪年夜型農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)作物發(fā)展情形，或許嗅出泄漏的氣體。然則這些機(jī)械人小到?jīng)]法應(yīng)用螺旋槳，是以它們的飛翔是靠振動(dòng)渺小的同黨。但是，作為這些機(jī)械人的“表親”，比它們更年夜的無(wú)人機(jī)，平日會(huì)采取螺旋槳。小尺寸的優(yōu)勢(shì)在于：這些機(jī)械人制作本錢(qián)低，易于“溜進(jìn)”狹窄的空間中，而比它們更年夜的無(wú)人機(jī)卻沒(méi)有方法進(jìn)入狹窄的空間。

然則，今朝飛翔機(jī)械人依然須要用電線拴在空中上。例如，筆者已經(jīng)引見(jiàn)過(guò)美國(guó)哈佛年夜學(xué)工程和運(yùn)用迷信學(xué)院開(kāi)辟的微型飛翔機(jī)械人RoboBee，這類(lèi)蟲(chóng)豸般年夜小的機(jī)械人既可以泅水，也能夠飛翔。然則，供電和掌握同黨的電子裝備普通都重到讓這些小型機(jī)械人難以攜帶。是以，為了節(jié)儉分量，電力必需用電線從內(nèi)部來(lái)供應(yīng)。

（圖片起源: 哈佛年夜學(xué)微型機(jī)械人試驗(yàn)室 / 工程和運(yùn)用迷信學(xué)院）

立異

近日，美國(guó)華盛頓年夜學(xué)的工程師們初次割斷了約束飛翔機(jī)械人的電線，并為它們添加了“年夜腦”。他們?cè)O(shè)計(jì)出的飛翔機(jī)械人 RoboFly 睜開(kāi)了初次自力地振翅飛翔。關(guān)于 RoboFly 來(lái)講，這是一次渺小的振翅；而關(guān)于機(jī)械人類(lèi)來(lái)講，這倒是一次偉大的奔騰。

5月23日，團(tuán)隊(duì)將他們的研討結(jié)果揭橥于澳年夜利亞布里斯班召開(kāi)的機(jī)械人與主動(dòng)化國(guó)際會(huì)議（International Conference on Robotics and Automation）上。

（圖片起源:Mark Stone/ 華盛頓年夜學(xué)）

技巧

RoboFly 只比牙簽略微重一點(diǎn)點(diǎn)，并由激光供電。它采取一個(gè)微型板上電路將激光的能量轉(zhuǎn)化為足夠的電力來(lái)操控其同黨。

（圖片起源: Mark Stone / 華盛頓年夜學(xué)）

論文合著者之1、華盛頓年夜學(xué)機(jī)械工程系助理傳授 Sawyer Fuller 表現(xiàn)：“之前，蟲(chóng)豸年夜小的無(wú)線飛翔機(jī)械人的概念只涌現(xiàn)在科幻小說(shuō)中。那末，我們能在無(wú)線的情形下讓它們?nèi)蝿?wù)嗎？我們的新型無(wú)線 RoboFly 已異常接近實(shí)際。”

工程方面的挑釁重要在于振翅。拍打同黨是一個(gè)功耗很年夜的進(jìn)程，電源和批示同黨的掌握器都很年夜且很粗笨，以致于微型機(jī)械人沒(méi)法搭載它們。所以，之前的蟲(chóng)豸機(jī)械人RoboBee才會(huì)被一根電線牽住，這根電線用于吸收來(lái)自空中的能量和掌握。

然則，飛翔機(jī)械人應(yīng)當(dāng)可以或許本身零丁操作。Fuller 及其團(tuán)隊(duì)決議采取狹小的弗成見(jiàn)激光束來(lái)為機(jī)械人供電。他們讓激光束指向貼在RoboFly上方的光伏電池，并將激光轉(zhuǎn)化為電力。

（圖片起源: Mark Stone / 華盛頓年夜學(xué)）

論文合著者之1、華盛頓年夜學(xué) Paul G. Allen 盤(pán)算機(jī)迷信與工程學(xué)院的 Shyam Gollakota 表現(xiàn)：“為了將年夜量電力敏捷傳輸至同時(shí)又不增長(zhǎng)許多分量，這是最有用的門(mén)路之一。”

激光依然沒(méi)法零丁供給足夠的電壓來(lái)挪動(dòng)同黨。是以，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路，它將光伏電池輸入的7伏電壓晉升至飛翔所需的240伏。同時(shí)，為了讓 RoboFly 掌握本身的同黨，工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)“年夜腦”：他們?cè)诶淄碾娐分刑砑恿艘粋€(gè)微掌握器。

以下圖所示：具有升壓電路（右邊的銅線圈和黑色盒子）的柔性電路（黃色）
和微掌握器“年夜腦”（右上方的黑色正方形盒子）。

（圖片起源: Mark Stone / 華盛頓年夜學(xué)）

論文合著者之1、華盛頓年夜學(xué)電氣工程系博士生 Vikram Iyer 表現(xiàn)：“微掌握器就像真實(shí)的飛翔蟲(chóng)豸的年夜腦，告知同黨肌肉甚么時(shí)光任務(wù)。它發(fā)送‘用力拍打’或許‘停滯拍打’等指令給RoboFly的同黨。”

（圖片起源: Mark Stone / 華盛頓年夜學(xué)）

特殊是，掌握器以波的情勢(shì)發(fā)送電壓模擬真實(shí)蟲(chóng)豸同黨的振動(dòng)。論文引導(dǎo)作者、機(jī)械工程系博士生 Johannes James 表現(xiàn)：“它應(yīng)用脈沖構(gòu)成波。為了讓同黨敏捷地拍打，它敏捷收回一系列脈沖，然后當(dāng)將近到達(dá)波峰時(shí)，它會(huì)讓脈沖變慢。然后，它會(huì)相反地操作，讓同黨向別的一個(gè)偏向安穩(wěn)地拍打。”

價(jià)值

Fuller 說(shuō)：“我真想做成一個(gè)能找到甲烷泄漏的飛翔機(jī)械人。你買(mǎi)到一個(gè)充斥飛翔機(jī)械人的手提箱，翻開(kāi)它，然后這些飛翔機(jī)械人會(huì)在修建物鄰近飛來(lái)飛去，尋覓管道泄露的氣體羽流。假如這些機(jī)械人能很輕易找到泄漏，那末這些泄漏就會(huì)極可能被敏捷修復(fù)，從而削減溫室氣體排防。它遭到了真實(shí)飛蟲(chóng)的啟示，這些飛蟲(chóng)異常擅長(zhǎng)飛來(lái)飛去尋覓有氣息的器械。所以我們以為，這關(guān)于 RoboFly 來(lái)講是一個(gè)好運(yùn)用。”

將來(lái)

如今，RoboFly 只能騰飛和下降。一旦它的光伏電池分開(kāi)激光的直接對(duì)準(zhǔn)線，機(jī)械人將會(huì)停電并下降。然則團(tuán)隊(duì)愿望不久可以或許操控激光，讓 RoboFly 可以回旋而且飛來(lái)飛去。

Gollakota 表現(xiàn)，今朝 RoboFly 由激光供電，而將來(lái)的版本將采取電池或許從無(wú)線電旌旗燈號(hào)中接收能量。那樣的話，他們的電源可以依據(jù)特別的義務(wù)須要停止修正。

Fuller 表現(xiàn)，將來(lái)的 RoboFlies 無(wú)望具有更高等的“年夜腦”和傳感器體系，從而贊助它們導(dǎo)航和自力地完成義務(wù)。