激光供電RoboFly蒼蠅機器人

Ellen Airhart

1989年，美國麻省理工學院的兩名人工智能研究人員Rodney Brooks和Anita Flyn作出了一個恐怖的預言：“短短幾年之內，利用數百萬個微型機器人以合理的成本就能侵入一個星球?！痹谶@篇名為《快速、廉價和失控——機器人入侵太陽系》的文章中，討論了微型自主的“小昆蟲機器人”可以很快成為用小錢辦大事的有力武器。

將近30年之后，顯然數百萬的微型機器人還無法接管一個星球，至少像兩人預見的情景還未發生。不過他們的確成功地預見到——現在全球已經有超過7億部正在使用的蘋果手機。此前，蒼蠅般大小的機器人已經可以控制起飛、飛行、著陸等過程，比如美國哈佛大學工程和應用科學學院開發的微型飛行機器人RoboBee，這種昆蟲般大小的機器人既可以游泳，也可以飛行，但前提都是需要機器人連接外部電源。

近日，華盛頓大學的機械工程教授Sawyer Buckminster Fuller，在5月23日澳大利亞布里斯班舉行的機器人與自動化國際會議上宣布， 他的實驗室已經讓這種嗡嗡作響的機器人，擺脫了限制它們活動的電線。這種昆蟲機器人被稱為RoboFly（蒼蠅機器人），其內部安有一塊光伏電池——就是一塊微型電池板，通過激光獲取電能。

Fuller教授表示：“在此之前，昆蟲大小的無線飛行機器人只會出現在科幻小說中。顯然，我們的新型無線RoboFly更加貼近現實生活?！贝舜蔚难芯恐校現uller教授遵循生物學原則，同時也意味著偏離人類最常用的發明——旋轉運動。就像最現代的電子設備——電動機，就是依賴著某種旋轉運動進行工作。

而另一方面，生物學經常涉及到更多的波動模式，比如抬起手臂做一個波浪動作，或是像一臺紡紗機那樣不停的轉動。Fuller教授的機器人無需依靠波動或轉動，它們擁有蜂鳥般快速扇動羽翼的能力。

在這項研究者中，Fuller教授實驗室采用看不見的激光照射在蒼蠅機器人上方的小型吸光芯片上，隨后光轉換成7伏特的電能，再下傳至蒼蠅本體電路，加強到240伏特帶動翅膀。計算機科學與工程學院副教授Paul G. Allen，以及另一位研究人員Shyam Gollakota表示：“這是在不增加太多重量的情況下，快速向RoboFly傳輸大量電力的最有效方式?！?/p>

盡管小規模意味著人造的生物設計相比同等大小的發電機消耗更少的電能，可是目前還沒有一款商用電池，能夠產生足夠電流供給飛行?！凹す夤╇姳让绹迮烹妷焊撸渲兄挥?/4的電能被輸入機器中，雖然這樣的供電非常低能，但實際上機器人并不需要太多電能?！盕uller這樣解釋道。

為了讓RoboFly能夠控制自己的翅膀，工程師提供了一個大腦：他們在同一個電路中增加了一個微控制器。其實，微控制器就像是真實蒼蠅的大腦一樣，告訴翅膀的肌肉應該在何時發力。對于RoboFly而言，它會指揮翅膀“現在努力扇動”或“不要扇動”。具體來說，就是控制器發送波形電壓來模仿真實昆蟲翅膀的扇動。

第一作者、機械工程博士研究生Johannes James表示：“它利用脈沖產生波形，為了讓翅膀快速地向前擺動，它會連續快速地發射一系列脈沖，然后在接近波的頂部時減慢脈沖。隨后再反過來，使翅膀在另一個方向上平滑的擺動。”

研究人員Gollakota表示：“雖然RoboFly目前由激光束供電，但未來的版本可能使用微型電池或從無線電頻率信號中獲得電力。這樣，它們的電源就可以根據特定的任務進行修改。而且未來RoboFly還可能會有更加先進的大腦和傳感系統，幫助機器人自行導航和完成任務?！?/p>

雖然現在這種機器人不再需要連接電線供電，但并不意味著它們能夠取代蜜蜂為蘋果園授粉。操作中，激光一定要距離機器人不超過7英尺遠的距離，這樣才能供給足夠的電能。RoboFly蒼蠅機器人的重量僅為190毫克（比牙簽稍微重一點）。它由一個紅外激光器驅動，瞄準那個微小的光伏電池，它可以獲得250mW。運行中，激光不會跟隨機器人，所以一旦光伏電池移出光束范圍，它就會失去動力，機器人將停止飛行。

所以，RoboFly可以通過天花板安裝的激光器進行控制，激光器將隨時隨地追蹤它，甚至可以將激光器安裝在移動車輛（或其他機器人）上，它們就可以自由地跟隨RoboFly并無限期地為其提供動力。光束不同于電線，會損害人的眼球，所以這些小機器人在短時間內還不能自由地扮演Johnny Appleseed（美國播種蘋果傳奇人物）。

目前，RoboFly還只能起飛和降落。一旦其電池不在激光的直射范圍內，機器人就會逐漸耗盡電力并著陸。但是該團隊希望很快能夠引導激光，使RoboFly能夠盤旋并飛得更遠。機器人的未來應當實行監測、追蹤污染泄漏，在小型限定的空間內，執行調查和營救的任務。

自然界在數百萬年間不斷演變，我們可以從自然界中學到很多。昆蟲擁有4億年的演變歷史，或許機器人還需要更長的時間才能發展出夢想中入侵星球的微型機器人。

編譯自《Wired》雜志

（責任編輯 姜懿翀）