黑鏡的“機器蜂”原形，今天登上了Nature封面

機器之心報導

參與：張倩、澤南、shooting

對於人類來說，製造飛行器總會遭遇很大的挑戰，而在體積較小的情況下，情況會變得更加複雜：我們需要使用最輕質的組件，以為電子設備和推進結構騰位置。近日，哈佛大學的 Noah Jafferis、Farrell Helbling 等人提出了一種尺寸極小的飛行機器人 RoboBee X-Wing，研究登上了最近出版的《自然》雜誌封面。

顧名思義，這是一種與昆蟲大小相當的飛行器，可以短時間無約束飛行。RoboBee 重量僅為 90 毫克，由兩個壓電傳動裝置驅動，四張可以往複運動的「翅膀」，另有一組 60 毫克的光伏陣列，以及一個 91 毫克的信號發生器。RoboBee 擁有與昆蟲相近的推進效率。

就在這個星期，X-Wing 宣告起飛。

新版 RoboBee X-Wing 以太陽能電池、一對額外的翅膀和改進的製動器為特色，它可以在短時間內無約束地飛行。圖源：Harvard Microrobotics Lab

第一代機器蜂設計得非常像蜜蜂，以蜜蜂大小的兩翼為特徵。畢竟，有著兩翼的蜜蜂可以做很多事，所以為什麽機器人不能呢？結果發現，有很多因素決定了帶有翅膀的機器人無法做到蜜蜂能做的事，至少目前是這樣。比如像偏航控制這種事情對機器人來說就不容易，這也是為什麽使用四翼而不是兩翼設計的機器蜂更有吸引力。

今年的 ICRA 大會上展示了一些令人印象深刻的研究，證實了使用兩翼做到偏航控制的可能，但四翼有額外的優勢——即更多的翅膀意味著更大的動力，可以提起更多東西。而有了更大的提升力，就有可能設計一隻完全獨立的機器人昆蟲，即使它的外形看起來有點怪怪的。

在本周發布的《Nature》上，來自哈佛 Microrobotics Lab 的研究者展示了一款四翼的 RoboBee。RoboBee 是一款小型的雙翼機器人，模仿蜜蜂的設計，目的是創造模仿真實蜜蜂行為的機器人蜂群。研究者將這款四翼機器人稱為 RoboBee X-Wing。它由太陽能電池和光源供電，可以自由飛行。

應該指出，這不是第一個能夠飛行的光能獨立有翅機器蟲。在去年的 ICRA 上，來自華盛頓大學的團隊展示了一個具有兩個翅膀的機器飛蟲，可以在雷射打到其太陽能電池上時起飛。但哈佛的研究者表示，他們的機器蜂是可以「持續」飛行的，而不僅僅是起飛。

機器蜂 X-Wing 長 5 厘米，重 259 毫克，頂部裝有太陽能電池，底部是驅動電路，用以將來自太陽能電池板的電壓提高到 200 伏，以驅動製動器，使得翅膀能以 200Hz 的頻率震動。

這麽排列機器蜂的部件是為了讓太陽能電池板遠離翅膀扇起的氣流，同時將重心保持在翅膀的位置。該機器蜂沒有任何的自動控制，但對於持續時間不到一秒的開環飛行，它足夠穩定。

選用太陽能電池是因為該機器人無法舉起可以為其翅膀供能的電池，因此需要體外供能。UW 使用了雷射，但 X-Wing 使用了太陽能。它需要的能量要由三個太陽級別的光照來提供，因為一個不夠用。

研究者用一些強光燈模擬了供電過程。這意味著 X-Wing 現在還無法在室外運行，儘管他們表示下一步要將機器人的尺寸增加 25%，而需要的太陽光照水準也將降到 1.5 個。

就目前的版本來說，機器蜂 X-Wing 夠輕，還可以裝一些傳感器之類的東西，但研究者似乎更加關心如何將其所需的能量降到一個太陽或以下。達到這一目標需要一些設計上的優化和額外的集成工作。

最後，機器蜂的名字不由得讓我們想起科幻劇集《黑鏡》的某一集……

未來的某一天，自然環境中的蜜蜂種群縮小到了無法接受的程度，為了傳播花粉，人類開發了機器蜂取而代之。

參考內容：

https://www.nature.com/nature/volumes/570/issues/7762

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/solar-powered-robobee-xwing-flies-untethered

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