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从蜻蜓身上学灵感,仿生打造超长续航微型无人机

从美国麻省理工学院(MIT)独立而出的德雷珀实验室(The Charles Stark Draper Laboratory)在蜻蜓中嵌入了一种“光极”(optrode),这是一种比光纤更小、更灵活的新型光导,可用于实现其DragonflEye混合无人机系统,续航高达几个月。

这种光极本身将可用于医疗与诊断,而在装载于活蜻蜓时,则可用于侦察、监测与载重送货,以及引导授粉,从而协助更已耗尽的蜂群。
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第一代的背包引导系统包括能量采集、导航,以及按蜻蜓模型的比例进行光学仿真。(来源:Draper)Jobesmc

早在电子时代以前,美国国防部(DoD)就一直试图将真的昆虫变成仿生机器人。他们最大的突破是将侦测器植入昆虫的幼虫,以便在其变态成为成熟的成虫后拥有肉眼无法检测的内建能力。随着微机电系统(MEMS)的出现,美国国防部大多放弃了真的昆虫,改用昆虫般大小的微型无人机。然而,除了天文数字般的庞大成本以外,最大的问题就在于电池寿命。Jobesmc

而只要有食物、水和阳光,Draper配备监控设备的蜻蜓DragonflEye就能维持长达几个月的寿命。Jobesmc

“DragonflEye系统的独特之处在于它是专为实现自主性而设计的,它能从环境能源(如太阳能)进行充电。来自环境中的高效能量有助于缩小系统,使得蜻蜓不会被庞大的电池拖累。”Draper生物医学工程师暨该计划的首席研究员Jesse Wheeler表示:“为了向蜻蜓发送转向指令,必须在蜻蜓的神经线光线周围传送光线——其神经线相当于钓鱼细线的大小。为此,我们开发了一种新的光极技术,它非常灵活,而且能够在急转弯时曲折光线。”Jobesmc

此外,相较于笨重的人造无人机,真正的蜻蜓动作极其敏捷又迅速,拥有媲美9G大转弯的机动能力。Jobesmc

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在迭加至蜻蜓背包系统之前的开发板与组件特写(来源:Draper)Jobesmc

Wheeler说:“相较于人造的无人机,昆虫在升空、保持稳定飞行以及储存从食物而来的补充能源方面更有效率。DragonflEye系统正是利用了这些生物优势,创造出一种比任何人造无人机更小、更轻且更具隐密性的仿生无人机。”Draper并与霍华德休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute;HHMI)合作。
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Draper计划首席研究员解释DragonflEye仿生机器人的原理 (来源:Draper)Jobesmc

Wheeler说,“开发DragonflEye计划的技术为昆虫(也包括重要的授粉昆虫,如密蜂)的飞行行为研究提供了新的工具。此外,我们灵活的光极技术将为医学研究人员提供利用微型纤维神经的全新解决方案,使其得以展开更精确治疗疾病的新研究。”Jobesmc

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R.Colin Johnson
EETimes前瞻技术编辑。R. Colin Johnson自1986年以来一直担任EE Times的技术编辑,负责下一代电子技术。 他是《Cognizers – Neural Networks and Machines that Think》一书的作者,是SlashDot.Org的综合编辑,并且是他还因对先进技术和国际问题的报道,获得了“Kyoto Prize Journalism Fellow”的荣誉。
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