credit: Mark Stone, University of Washington
你不會想拍死這只小飛蟲。它不會咬人，也不會蜇人，亦不會傳染疾病，而且有一天它或許還能挽救生命和拯救氣候。屆時(shí)，它可以調(diào)查農(nóng)作物，偵測野火，在災(zāi)后倒塌的瓦礫中搜尋生還者，并且還能夠嗅出燃?xì)庑孤?，特別是它能嗅出比二氧化碳還要厲害好幾倍的溫室氣體：甲烷。
現(xiàn)在為大家隆重介紹——機(jī)器蠅！
這是第一款不需要連接地面能源就能夠起飛的機(jī)器飛蟲，重量只比一根牙簽稍重一些，而且起飛使用的不是螺旋槳，而是拍動(dòng)的小小翅膀，而，它和無人機(jī)一樣也是用激光束作為動(dòng)力。機(jī)器蠅身上一塊極小的電路板可以將激光能量轉(zhuǎn)化為電能，可以為它的翅膀提供動(dòng)力來飛行。
目前，機(jī)器蠅還只能做到起飛和降落，但是能夠掙脫有線供能的束縛是一個(gè)好的開始。“在這之前，昆蟲大小的無線飛行機(jī)器人還只是科幻電影中的概念，”華盛頓大學(xué)機(jī)械工程系的副教授、機(jī)器蠅的創(chuàng)作者之一的Sawyer Fuller表示。“我們最新制作出的無線機(jī)器蠅展現(xiàn)出它們更貼近于現(xiàn)實(shí)。”
近期研究人員們在布里斯班舉辦的機(jī)器人與自動(dòng)化國際學(xué)術(shù)會議上展示了這個(gè)最新的作品。
最終，科學(xué)家們相信他們這個(gè)發(fā)明可以有能力在空中盤旋，降落在物體表面，并且可以通過操控激光四處飛行，或者能夠在機(jī)器蠅上面增裝微型電池，或者可以通過射頻信號收集能量。他們的目標(biāo)是可以指揮機(jī)器蠅完成一些特定任務(wù)，比如說調(diào)查農(nóng)作物的生長情況還有偵測燃?xì)庑孤Ｋ麄兩踔吝€想或許能夠在它身上裝備煙霧探測器，這樣它們能夠比大一些機(jī)器人更加有效率的找出森林火災(zāi)。
“有研究提出天然氣甲烷的泄露或許太普遍了，可能一個(gè)單位的甲烷實(shí)際上比一個(gè)單位燃煤排放出的溫室氣體都要厲害，”Fuller說。“這是因?yàn)楸绕鹗褂锰蓟剂纤欧懦鰜淼亩趸?，天然氣有著更加有害的溫室氣體效應(yīng)。我希望可以創(chuàng)造出一種技術(shù)，可以很方便的找出天然氣的泄漏處，以便人們能夠修補(bǔ)好泄漏處。”
到時(shí)場景會像是這樣：
“你可以購買一小箱的這種微型飛行機(jī)器人，打開箱子，然后它們自己會自主的飛出來并跟著空氣中的羽流找到泄漏處，”Fuller解釋說。“一旦它們找到了一處泄漏點(diǎn)，便會降落在泄漏點(diǎn)的附近并且開始閃燈。人們只需要在這它們附近尋找泄漏處就可以了。這可以取代目前人們需要手里拿著氣體感應(yīng)器對區(qū)域進(jìn)行地毯式排查這個(gè)辛苦又危險(xiǎn)的過程。”
Fuller表示機(jī)器蠅要達(dá)到這種自主級別還需要幾年的時(shí)間。“即使這樣，我還是認(rèn)為可能性很大，”Fuller說。“自然界已經(jīng)向我們證明了在從蒼蠅到禿鷲的很多物種中，它們都能夠通過空氣中化學(xué)羽流所攜帶的信息找到它的源頭。”
這種設(shè)備在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也十分有價(jià)值，“它們可以飛進(jìn)作物的冠層中，尋找生病的作物并且測量濕度等參數(shù)，比起在高處飛行的無人機(jī)，它們能收集到更細(xì)致的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一種新型的‘微型農(nóng)業(yè)’，可以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境優(yōu)化產(chǎn)量，”Fuller說。
因此，他表示能夠?yàn)闄C(jī)器蠅打碎有線供能的枷鎖“真的是非常必要的一步，這能讓它們可以自由飛行并且完成我們所預(yù)想的應(yīng)用。”
除此之外另一個(gè)目標(biāo)是讓機(jī)器蠅能夠暫歇，拍動(dòng)翅膀停留在空中、降落并停留在一個(gè)地方。“我們對暫歇非常感興趣，因?yàn)檫@是進(jìn)行長時(shí)間任務(wù)時(shí)一個(gè)非常有效的方法，而且暫歇已經(jīng)在機(jī)器蜜蜂上有過展示了，不過那時(shí)還是有線供能的，”團(tuán)隊(duì)中一個(gè)機(jī)械工程博士生Johannes James說。“而我們的是無線的。”
據(jù)James所說，比如說機(jī)器蠅可以落在管道線上，或者在精煉設(shè)施上，然后可以沿著長長的管道完成長時(shí)間的探測作業(yè)，然后再飛到其它地方收集更多的數(shù)據(jù)。而且拍打翅膀飛行會耗費(fèi)能量，能夠不拍打翅膀的停留在一個(gè)地方可以節(jié)省能量。
“像是尋找難以發(fā)現(xiàn)的泄漏點(diǎn)時(shí)，比起使用單個(gè)昂貴的機(jī)器人，這種分布式的探測工作能給你更大的優(yōu)勢，”他說。“在表面暫歇或者在表面移動(dòng)的能力可以幫助延長它們的工作時(shí)間。”
團(tuán)隊(duì)使用細(xì)細(xì)的肉眼不可見的激光束投射到機(jī)器蠅攜帶的光電管上來為機(jī)器蠅供能，通過光電管可以將激光轉(zhuǎn)換為電能。但是由于單單用激光所產(chǎn)生的電壓不足以驅(qū)動(dòng)它的翅膀，所以科學(xué)家們又設(shè)計(jì)了一塊電路板來增強(qiáng)光電管輸出的電壓為機(jī)器蠅的飛行提供足夠的動(dòng)力。最終，這個(gè)團(tuán)隊(duì)希望能夠使用電池作為一個(gè)能量源，“但是目前電池對于蒼蠅大小的機(jī)器人來說過于沉重”。
“至于能源解決方案來說，我們未來的工作將包括針對持久飛行的激光供能，在短時(shí)間飛行中從環(huán)境光線中收集能量然后充電；第三點(diǎn)，也是最讓我興奮的一點(diǎn)，就是由耦合線圈提供的無線能源，有點(diǎn)像是尼古拉·斯特拉的Wardenclyffe高塔和在科羅拉多斯普林斯的項(xiàng)目，”James補(bǔ)充說道。“第三點(diǎn)很難去解釋，但是肯定會很酷。”
科學(xué)家們還在機(jī)器蠅的電路板上安裝了一個(gè)微型控制器，作用和大腦一樣，可以告訴它什么時(shí)候應(yīng)該振動(dòng)翅膀。
James指出這個(gè)機(jī)器小家伙或許甚至可以增加科學(xué)家對真實(shí)世界中昆蟲的知識。
“對于飛行昆蟲的原理仍舊了解的不透徹，”他說。“事實(shí)上，當(dāng)你想起它的時(shí)候會覺得很神奇。這就是機(jī)器蠅能夠幫助到我們的地方。機(jī)器人對于生物研究十分有價(jià)值，而且開發(fā)一個(gè)無線機(jī)器蠅是了解真實(shí)昆蟲的行為的關(guān)鍵步驟。”
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