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苍蝇是恼人的小东西,但是这个机器苍蝇可不是。苍蝇般大小的机器人,听上去只有在007电影中,才会出现的如此神奇的间谍工具。
近日,哈佛大学的几名研究人员在最新出版的《科学》杂志上,报告了这一研究成果。经过十多年研制,世界上首款机器苍蝇在哈佛成功起飞,这小东西拥有巨大的潜力,其中包括环境监测、给农作物授粉以及建筑物中的营救搜索工作等。
翅膀扇动频率接近真苍蝇
苍蝇拥有极为独特且灵巧的飞行动作,比如敏捷地躲避苍蝇拍,苍蝇高超的飞行技艺也一直难以在实验室中加以复制。如今,首款机器苍蝇的成功研制和起飞,得益于在材料和加工技术等方面取得的突破。
电子苍蝇体重只有80毫克,翼展3厘米,由于使用了超薄层材料,从而使其能够一秒钟扇动翅膀120次——频率几乎接近真苍蝇,快到肉眼几乎无法看清楚。
在实验室飞行测试中,机器苍蝇展示了稳定、可控的飞行性能,目前能连续飞行超过20秒。有意思的是,它飞行时的消耗功率大约19毫瓦,与真苍蝇的消耗大体一致。
该项目负责人、哈佛大学罗伯特·伍德认为,其实是大自然创造了这个世界上最完美的飞行器,苍蝇机器人的灵感正是来源于自然造化。
压电材料制“飞行肌肉”
要想制造这样小的机器苍蝇并不容易。它的设计灵感来自苍蝇仿生学。苍蝇机器人拥有极薄的翅膀和由压电晶体(这类晶体,当对其挤压或拉伸时,它的两端就会产生不同的电荷)制成的“飞行肌肉”。
根据飞行动力学,阻力和摩擦力对小规模元件影响很大。因此,很多大型机器人的组件,比如齿轮和滑轮,就无法适用于微型飞行器。
罗伯特·伍德和同事不得不创作组件,来提升微型飞行机器人的主干、翅膀和飞行肌的性能。
研究者在碳纤维骨架上植入两组飞行肌,通过塑性铰将它们连接在骨架的顶端。通过改变电场的强度或频率,可以使飞行机器人以不同的强度和频率拍打翅膀。
实时传达视频信息
一组该机器苍蝇的图片显示,在四条“腿”的支撑下,机器人能平稳站立。白而薄的翅膀,前端的脑袋上还有一个类似于触角的装置,机器人身体大小与硬币相差无几。
伍德和同事整整花了十年时间,才让一个苍蝇机器人飞起来。和真正的苍蝇一样,这些翅膀可独立活动、旋转和拍打。拍打翅膀产生向下气流,使苍蝇机器人升到空中。研究人员编写的程序可阐明机器人实时视频所传达的信息,还可以指挥翅膀何时扇动。
■ 展望
没“心脏”,只能续飞20余秒
由于无法携带自身的电源,机器苍蝇只好用一根“绳”拴在地上,连续飞行时间也很短,目前只能连续飞行20余秒。
现有电源中,最轻的也达到0.5克,是机器苍蝇体重的数倍,因此目前只能用一根超轻的铜线给机器苍蝇供电,这根线同时用于传递控制信号,依靠一台计算机监控其动作,并调整其姿势。
尽管如此,它依然是迄今第一个能够施展苍蝇的盘旋等全部空中动作的机器。
致力于机器苍蝇研究的、美国加利福尼亚大学伯克利分校电机工程师罗纳德·菲林认为,目前对于独立飞行的最大技术障碍,是设计一款小到能够被机器苍蝇所携带的电池。如何给苍蝇装上钢铁侠一样的“能量心脏”成了现在要解决的首要问题。该团队成员凯文·马相信,这一瓶颈在5到10年内应该能够攻克。
■ 小机器大作用
“医生”
以色列毫米机器人可进入血管
2007年,以色列科学家称制造出了世界上最小的机器人,这种机器人直径1毫米、长4毫米,可以进入人的血管并将药物送往人体各处。
这种机器人在血管中运动时是在“爬行”而不是在“游泳”,这也让它在血管中的运动更容易控制。机器人带有机械手,可以抓住血管内壁,从而可以经受住血流的冲击并不断前行。
机器人自身并不携带电池,其动力来源于外部磁场激发的振动。正因为其能量全部来自外部,这种机器人不仅能够在人的控制下无时限地在人体内工作,而且这样的设计还让科学家得以最大限度缩小机器人的尺寸。
研究人员表示,在微创手术以及治疗癌症用的疗法中,这种机器人可以作为投送药物的工具,解决如何将药物精确施于需要治疗部位的问题。
“语言学家”
日最小人形机器人会10国语言
2007年,日本多美公司推出一款小型机器人,这一机器人被认为是“商品化生产的世界最小的人形机器人”。
据多美公司介绍,“i-sobot”身高16.5厘米,体重350克,以镍氢电池为动力,可以讲180个短语,做出200多种动作,还能播放90种效果音乐,并演奏5首曲子。它还能听懂10国语言,能人工语音对它发号施令。据了解,该款机器人市场价约合256美元。
新京报记者 邓琦
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