RoboBee和RoboFly领衔微型昆虫机器人：从“上天入海”到“挣脱束缚”

微型昆虫机器人：那么小能干什么？

早在去年，哈佛大学的RoboBee机器人便以其“上天入海”的技能刷屏，近日，又有消息说美国华盛顿大学的工程师们研发出了无线飞行机器人RoboFly，可能有人不禁会问，研究这么小的机器人干什么呢？

其实，昆虫般大小的飞行机器人能帮助人类完成费时的任务，例如调查大型农场的农作物生长情况，或者嗅出泄露的气体。小尺寸的优势在于：这些机器人制造成本低，易于“溜进”狭小的空间中，而比它们更大的无人机却没有办法进入狭小的空间。

RoboFly的研发者表示：“我真想做成一个能找到甲烷泄露的飞行机器人。你买到一个充满飞行机器人的手提箱，打开它，然后这些飞行机器人会在建筑物附近飞来飞去，寻找管道泄漏的气体羽流。如果这些机器人能很容易找到泄露，那么这些泄露就会很可能被迅速修复，从而减少温室气体排防。它受到了真实飞虫的启发，这些飞虫非常善于飞来飞去寻找有气味的东西。所以我们认为，这对于 RoboFly 来说是一个好应用。”

微型昆虫机器人：只能靠翅膀振动飞行，供电及控制是难点

微型昆虫机器人小到无法使用螺旋桨，因此它们的飞行是靠振动微小的翅膀。然而，作为这些机器人的“表亲”，比它们更大的无人机，通常会采用螺旋桨。

供电以及控制翅膀的电子设备一般都重到让这些小型机器人难以携带。因此，为了节省重量，电力必须用电线从外部来供给，这就造成微型昆虫机器人被电线牵住，无法独立飞行。

RoboBee的神奇：能“上天入海”

RoboBee机器人是由哈佛大学微型机器人实验室设计制造的。去年10月份，RoboBee已经不仅能够完成基本的飞行、着陆，还能够潜水、游泳。当它自如地破水而出之后，它会飞进一个方形的中央气体收集室随后再飞到空中。

据悉，RoboBee重量约为175毫克（大概为一美分硬币重量的十四分之一），而液体表面的张力是机器人重量的10倍以上，为其最大升力的3倍。这使得机器人穿出水面、重新升入空中变得困难。

为了解决这个问题，研究人员对RoboBee进行了改造，用一个小小的火花在中央气体收集室里点燃了气体，把RoboBee从水里推了出来。从水中射出后，RoboBee的“翅膀”可以控制自身的运动轨迹，之后安全着陆在茶杯附近或者其他地方。

不过由于重新设计的RoboBee尺寸有限，没有多余的空间安装复杂的传感器或其他指令系统，所以尽管它可以飞，也能在水面行走自如并自行破水而出，但是目前还不能被远程控制。

RoboFly的突破：切断电线，独立飞行

近日，美国华盛顿大学的工程师们首次切断了束缚飞行机器人的电线，并为它们添加了“大脑”。他们设计出的飞行机器人 RoboFly 展开了首次独立地振翅飞行。

RoboFly 只比牙签稍微重一点点，并由激光供电。它采用一个微型板上电路将激光的能量转化为足够的电力来操控其翅膀。

工程方面的挑战主要在于振翅。拍打翅膀是一个功耗很大的过程，电源和指挥翅膀的控制器都很大且很笨重，以至于微型机器人无法搭载它们。所以，之前的昆虫机器人RoboBee才会被一根电线牵住，这根电线用于接收来自地面的能量和控制。

但是，飞行机器人应该能够自己单独操作。研究团队决定采用狭窄的不可见激光束来为机器人供电。他们让激光束指向贴在RoboFly上方的光伏电池，并将激光转化为电力。 

激光仍然无法单独提供足够的电压来移动翅膀。因此，团队设计了一个电路，它将光伏电池输出的7伏电压提升至飞行所需的240伏。同时，为了让 RoboFly 控制自己的翅膀，工程师们设计了一个“大脑”：他们在相同的电路中添加了一个微控制器。

如下图所示：具有升压电路（左边的铜线圈和黑色盒子）的柔性电路（黄色）以及微控制器“大脑”（右上方的黑色正方形盒子）。

目前，RoboFly也有它的局限性，它只能起飞和降落。一旦它的光伏电池离开激光的直接瞄准线，机器人将会停电并降落。但是团队希望不久能够操控激光，让 RoboFly 可以盘旋并且飞来飞去。希望在微型昆虫机器人领域可以不断实现技术突破，使其早日真正能应用到人类的一些任务中。（转自机器人产学研联盟）