首个无线微型昆虫机器人问世：仅比牙签略重可用激光控制飞行

想象一下，一只昆虫沿着一条管道飞落下来，嗅出气体泄漏;俯冲到植物下探测害虫和疾病;溜进狭小的空间，寻找灾难幸存者。现在想象一下，利用激光就可以控制它的一举一动。

随着20世纪无人机技术的飞速发展，微型飞行机器人即将问世就不足为奇了:高盛(Goldman Sachs)预测，从现在到2020年，在商业和民用政府部门日益增长的需求的帮助下，无人机的市场机会将达到1000亿美元。

令人惊讶的是，研究人员花了20多年的时间才最终研究出一个完全自主的版本。这是因为驱动和控制机翼所需的电子设备是如此之重，以致于直到现在，飞行机器人昆虫还必须被拴在连接外部电源的电线上。

然而，由助理教授Sawyer Fuller领导的华盛顿大学的一个工程师团队却能够解决这个问题。依靠华盛顿大学的资助，他们创造了RoboFly，这是一种机器人昆虫，体重略高于一枚牙签重量。由一束指向光伏电池的看不见的激光束提供动力。光伏电池附着在机器人的上方，将激光转化为足够的电能来驱动机翼。

由于激光本身不能提供足够的电压来驱动机翼，研究小组设计了一个电路，将光伏电池发出的7伏电压提高到飞行所需的240伏。据富勒团队的成员、华盛顿大学电子工程系的博士生Vikram Iyer说，为了让RoboFly控制自己的翅膀，工程师们在同一个电路中添加了一个微控制器，这个微控制器就像它的大脑一样。“它告诉翅膀一些指令，像‘现在用力拍打’或者‘不要拍打’，”他说。

重塑昆虫大小的机器人

Fuller在麻省理工学院获得了机械工程学士和硕士学位，后来又在加州理工学院获得了生物工程博士学位。他现在指导华盛顿大学的自动昆虫机器人实验室，该实验室致力于推进昆虫大小机器人工程，从而更好地开发昆虫的能力。Fuller表示：“昆虫大小的机器人技术有很多约束。这才是我的兴趣所在。”

Fuller 20年前受到昆虫机器人的启发，当时他开始观察加州大学伯克利分校的一个小组，这个小组试图创造出一种“微型机械飞行昆虫”，重量不足一个回形针，可以从地面起飞并盘旋。

“他们开始取得成功，但这些小飞行机器人需要一根电线系在它们身上才能起飞。”后来，他参与了一系列其他的进步。“我们让它们能够在控制之下飞行;我们把传感器放在船上，让它们着陆，以及做一些其他事情。”

现年41岁的富勒和他的团队离创造一个完全自主的机器人昆虫又近了一步:目前，RoboFly只能起飞和降落。一旦它的光伏电池与激光没有保持在同一条直线上，机器人就会耗尽能量并着陆。但是研究小组希望不久就能控制激光，这样RoboFly就能在空中盘旋和飞行。Fuller 说，他们目前正在研究更先进的大脑和传感器系统，以帮助机器人自己导航和完成任务。

他表示:“要实现完全自主，我认为我们可能还需要五年时间。”

据高盛称，无人机的三大行业分别是建筑业、农业和保险业，目前它们的总市值分别为1100万美元、500万美元和140万美元。Fuller看到了在大型无人机无法处理的方面，昆虫机器人存在许多机会。他认为微型农业是应用飞行机器人昆虫最有前途的领域。“机器人苍蝇会有目的的飞行，执行监测环境的能力,比如湿度、疾病。”

Fuller还计划增加气味传感器，这样RoboFly就能嗅出天然气泄漏或燃料泄漏。“苍蝇最擅长的事情之一就是寻找有味道的东西。我们的机器苍蝇可以做得很好。如果你能发现泄漏，那么你就能更容易地修补它们并减少温室气体排放，”Fuller说。

此外，Fuller说，RoboFly仅凭大小就能胜过大型无人机，原因有两个:成本和电池寿命。“大型无人机的电池寿命相当有限。最多30分钟。但是无人机可能需要在空中多呆一段时间才能发现漏洞。你还需要更强大的激光来驱动大型无人机。我们可以一次性部署大量的微型无人机，成本与一架大型无人机相同，因为微型无人机材料成本低。所以你可以让一百个微型无人机来完成一到两架大型无人机的任务。

但Fuller认为，未来的回报可能是巨大的:他和他的团队一直在联系埃克森美孚公司(ExxonMobil，世界最大的非政府石油天然气生产商)，看看他们是否有任何兴趣，但迄今为止还没有得到回应。“我们肯定会对这样的合作感兴趣，”他说。

虽然机器人昆虫有很多潜在机会，但安全问题始终存在。Fuller说：“我认为公开我们所做的一切是非常重要的，这样人们就能知道该领域的进展如何，知道这项技术的发展方向。我工作的一部分就是要确保它被用来造福人类。”

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