世界上首个激光波支持的“无线”昆虫飞行机器人诞生

世界上首个激光波支持的“无线”昆虫飞行机器人诞生

昆虫大小的飞行机器人可以帮助完成耗时的任务，如调查大农场的作物生长或嗅探气体泄漏。这些机器人由于飞行器太小而不能使用螺旋桨，就像在他们较大的无人机表亲中看到的飞行器一样，因为它们飘动着小小的翅膀而翱翔。

体积小是有利的：这些机器人制造起来很便宜，并且可以很容易地滑入大型无人机无法进入的狭窄地方。

但目前的飞行机器人仍然束缚在地面上。他们需要动力和控制机翼的电子设备太重，无法用于这些微型机器人的携带。

现在，华盛顿大学的工程师首次切断了电源线并添加了一个大脑，从而允许他们的RoboFly采用它的第一个独立襟翼。这可能是一个机器人的一个小瓣，但它是一个机器人类的巨大飞跃。该团队将于5月23日在澳大利亚布里斯班举办的机器人与自动化国际会议上发表其研究成果。

机器人和自动化国际会议

RoboFly稍重于牙签，并由激光束供电。它使用一个微小的板载电路，将激光能量转换为足够的电力来操作它的机翼。

"在此之前，无线昆虫大小的飞行机器人的概念是科幻小说。我们是否能够在不需要电线的情况下使它们工作？"共同作者Sawyer Fuller，UW机械工程系助理教授说。 "我们新的无线RoboFly显示它们更接近现实生活。"

工程挑战是扑动。机翼拍动是一个需要耗电的过程，指挥机翼的动力源和控制器都太大而笨重，无法搭载一个小型机器人。所以富勒以前的机器人，RoboBee，有一个皮带 - 它通过电线从地面接受力量和控制。

但是一个飞行机器人应该能够自己操作。富勒和团队决定使用狭窄的不可见激光束为他们的机器人提供动力。他们将激光束指向一个附着在RoboFly上方的光伏电池，并将激光转换为电力。

合作者Shyam Gollakota是美国大学保罗·G·艾伦计算机科学与工程学院的副教授，他说："这是在不增加太多分量的情况下快速向RoboFly传输大量电力的最有效方式。

但是，激光本身并不能提供足够的电压来移动机翼。这就是为什么该团队设计了一个电路，将光伏电池产生的七伏电压提升到飞行所需的240伏电压。

为了让RoboFly能够控制自己的翅膀，工程师提供了一个大脑：他们在同一个电路中增加了一个微控制器。

合作者Vikram Iyer是UW电气工程系的一名博士生，他说："微控制器的功能就像一只真正的飞行器的大脑，告诉翅膀肌肉何时起火。 "在RoboFly上，它告诉翅膀的事情就像"现在变硬"或"不要翻动"。"

具体来说，控制器发送波形电压来模仿真实昆虫翅膀的颤动。

"它使用脉冲来塑造波浪，"第一作者，机械工程博士生Johannes James说。 "为了让翅膀迅速向前翻转，它会快速连续发送一系列脉冲，然后在靠近波浪顶部时减慢脉冲的速度。然后它反过来做，使翅膀顺利地在另一个方向上翻转。"

目前，RoboFly只能起飞和降落。一旦其光伏电池不在激光的直接视线中，机器人就会耗尽电力并着陆。但是该团队希望很快能够引导激光，使RoboFly能够盘旋并飞来飞去。

为了使RoboFly无线，工程师设计了一个带有升压转换器（铜线圈和左侧黑盒）的柔性电路（黄色），将来自光伏电池的七伏电压提升到飞行所需的240伏电压。该电路还有一个微控制器大脑（右上角的黑色方框），可让RoboFly控制其机翼。

虽然RoboFly目前由激光束供电，但未来的版本可能使用微型电池或从无线电频率信号收集能量，Gollakota说。这样，他们的电源可以修改为特定的任务。

未来的RoboFlies还可以期待更先进的大脑和传感器系统，帮助机器人自行导航和完成任务，Fuller说。

"我真的很想制造一种能够发现甲烷泄漏的产品，"他说。 "你可以购买一个装满他们的手提箱，打开它，他们会绕着你的建筑物寻找漏水管道里冒出来的烟气。如果这些机器人可以很容易地发现泄漏，他们将更有可能被修补，这将减少温室气体排放。这受到真正的苍蝇的启发，它们擅长四处寻找臭味的东西。所以我们认为这对我们的RoboFly来说是一个很好的应用。"

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