激光動力的機器蠅

credit: Mark Stone, University of Washington

你不會想拍死這隻小飛蟲。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，它可以調查農作物，偵測野火，在災後倒塌的瓦礫中搜尋生還者，並且還能夠嗅出燃氣泄漏，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。

現在為大家隆重介紹——機器蠅！

這是第一款不需要連接地面能源就能夠起飛的機器飛蟲，重量只比一根牙籤稍重一些，而且起飛使用的不是螺旋槳，而是拍動的小小翅膀，而，它和無人機一樣也是用激光束作為動力。機器蠅身上一塊極小的電路板可以將激光能量轉化為電能，可以為它的翅膀提供動力來飛行。

目前，機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好的開始。「在這之前，昆蟲大小的無線飛行機器人還只是科幻電影中的概念，」華盛頓大學機械工程系的副教授、機器蠅的創作者之一的Sawyer Fuller表示。「我們最新製作出的無線機器蠅展現出它們更貼近於現實。」

近期研究人員們在布里斯班舉辦的機器人與自動化國際學術會議上展示了這個最新的作品。

最終，科學家們相信他們這個發明可以有能力在空中盤旋，降落在物體表面，並且可以通過操控激光四處飛行，或者能夠在機器蠅上面增裝微型電池，或者可以通過射頻信號收集能量。他們的目標是可以指揮機器蠅完成一些特定任務，比如說調查農作物的生長情況還有偵測燃氣泄漏。他們甚至還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器人更加有效率的找出森林火災。

「有研究提出天然氣甲烷的泄露或許太普遍了，可能一個單位的甲烷實際上比一個單位燃煤排放出的溫室氣體都要厲害，」Fuller說。「這是因為比起使用碳基燃料所排放出來的二氧化碳，天然氣有著更加有害的溫室氣體效應。我希望可以創造出一種技術，可以很方便的找出天然氣的泄漏處，以便人們能夠修補好泄漏處。」

到時場景會像是這樣：

「你可以購買一小箱的這種微型飛行機器人，打開箱子，然後它們自己會自主的飛出來並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，便會降落在泄漏點的附近並且開始閃燈。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裡拿著氣體感應器對區域進行地毯式排查這個辛苦又危險的過程。」

Fuller表示機器蠅要達到這種自主級別還需要幾年的時間。「即使這樣，我還是認為可能性很大，」Fuller說。「自然界已經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羽流所攜帶的信息找到它的源頭。」

這種設備在農業領域也十分有價值，「它們可以飛進作物的冠層中，尋找生病的作物並且測量濕度等參數，比起在高處飛行的無人機，它們能收集到更細緻的細節，實現一種新型的『微型農業』，可以適應當地的環境優化產量，」Fuller說。

因此，他表示能夠為機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並且完成我們所預想的應用。」

除此之外另一個目標是讓機器蠅能夠暫歇，拍動翅膀停留在空中、降落並停留在一個地方。「我們對暫歇非常感興趣，因為這是進行長時間任務時一個非常有效的方法，而且暫歇已經在機器蜜蜂上有過展示了，不過那時還是有線供能的，」團隊中一個機械工程博士生Johannes James說。「而我們的是無線的。」

據James所說，比如說機器蠅可以落在管道線上，或者在精鍊設施上，然後可以沿著長長的管道完成長時間的探測作業，然後再飛到其它地方收集更多的數據。而且拍打翅膀飛行會耗費能量，能夠不拍打翅膀的停留在一個地方可以節省能量。

「像是尋找難以發現的泄漏點時，比起使用單個昂貴的機器人，這種分散式的探測工作能給你更大的優勢，」他說。「在表面暫歇或者在表面移動的能力可以幫助延長它們的工作時間。」

團隊使用細細的肉眼不可見的激光束投射到機器蠅攜帶的光電管上來為機器蠅供能，通過光電管可以將激光轉換為電能。但是由於單單用激光所產生的電壓不足以驅動它的翅膀，所以科學家們又設計了一塊電路板來增強光電管輸出的電壓為機器蠅的飛行提供足夠的動力。最終，這個團隊希望能夠使用電池作為一個能量源，「但是目前電池對於蒼蠅大小的機器人來說過於沉重」。

「至於能源解決方案來說，我們未來的工作將包括針對持久飛行的激光供能，在短時間飛行中從環境光線中收集能量然後充電；第三點，也是最讓我興奮的一點，就是由耦合線圈提供的無線能源，有點像是尼古拉·斯特拉的Wardenclyffe高塔和在科羅拉多斯普林斯的項目，」James補充說道。「第三點很難去解釋，但是肯定會很酷。」

科學家們還在機器蠅的電路板上安裝了一個微型控制器，作用和大腦一樣，可以告訴它什麼時候應該振動翅膀。

James指出這個機器小傢伙或許甚至可以增加科學家對真實世界中昆蟲的知識。

「對於飛行昆蟲的原理仍舊了解的不透徹，」他說。「事實上，當你想起它的時候會覺得很神奇。這就是機器蠅能夠幫助到我們的地方。機器人對於生物研究十分有價值，而且開發一個無線機器蠅是了解真實昆蟲的行為的關鍵步驟。」

本文譯自 Popsci，由譯者 Diehard 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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