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国外研究所将活体蜻蜓改装成世界上最小的无人机

来源:机器人网 | 发表日期:2017-08-26

这个项目名称为 DragonflEye,由 Draper 与 Janelia Farm 的霍华德休斯医学研究所(HHMI)的合作开发。

与大疆等一类纯机械电子结构的无人机不同 ,Draper 团队更多的是依靠生物学知识,来实现远程控制活昆虫,而不是人为的激活它的翅膀。简单说来就是通过控制蜻蜓的大脑,让它产生向某个方向飞行的想法,而不是简单的控制它挥动翅膀,做出违背昆虫意愿的飞行。

国外研究所将活体蜻蜓改装成世界上最小的无人机

为了做到这一点 ,Draper 团队依靠所谓的光遗传学,需要做以下几步工作:

首先,将昆虫的解剖学上的某些部位注入一种加入了神经元基因的光敏蛋白(卵磷脂),这些神经元可以被电子背包中的接口发送的特定波长的脉冲光波激活;

然后,在蜻蜓身上绑定指甲大小名为 optrode的电子背包,里面包含电路板、传感器和太阳能电池,为人类与蜻蜓之间的信息中转站;

最后,编码后的人类指令经由电子背包转换成光信号,通过接口发送到昆虫大脑的特殊「转向」神经元。经过修饰后的神经元被光脉冲激活后,将接收到的信号传送到翅膀,从而激发昆虫飞向指定的方向。

Draper 的生物医学工程师 Jesse J. Wheeler 介绍说,「DragonflEye 是一种全新的微型飞行器,比任何人造无人机更小,更轻,更健壮。这个系统推动能量收集,运动检测,算法,小型化和光遗传学的边界,都在一个足够小的昆虫穿着的系统中。

值得一提的是,蜻蜓的神经元在这个过程中不会受到影响,也不会受到破坏,只是为这个微小的生物提供了更远,更灵活的飞行能力。

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而与大疆等纯机械结构相比,昆虫无人机显然在续航性能上具有很大的优势。机械电子无人机通常只能配备非常有限的电池,续航时间只有几十分钟。而 DragonflEye 系统不需要飞行电源,背部的太阳能电路板只需要提供导航所需的电能,由于昆虫能够自行摄取食物补充飞行能量,因而在其存活期内的飞行动力成本几乎为零。

目前这个项目在昆虫上的尝试并不局限于蜻蜓,也曾尝试过更大的生物,如甲虫与蝗虫,针对它们的电子系统也相应提升为重达 1.3 g。这些系统不包括导航系统与无线电指导系统,指导昆虫飞行的方法同样有两种:欺骗感官刺激以出发飞行行为,以及直接控制翅膀相关的神经元与肌肉。

虽然目前,科学家们只能让蜻蜓做直线运动,但这项技术的潜力十分惊人。至于这项技术能带来的意义,Jesse J. Wheeler说道:「DragonflEye系统提供了新的小型化技术,可以将各种昆虫与环境传感器配套使用,并可能引导重要的行为,如授粉。」他认为,电子蜻蜓将很快被用于引导授粉,侦察甚至精密医学和诊断。

除了农业与医疗,还可以用于自动驾驶。科学家建立了一个运动捕捉室,可用于监控蜻蜓精确的飞行运动,并从导航系统中收集数据。这种方法同样适用于精准自主导航车载跟踪算法的开发。

国外研究所将活体蜻蜓改装成世界上最小的无人机

当然,也有人质疑这种技术会像转基因食品一样引发人们的恐慌。因为若控制昆虫成为隐秘性极强的间谍,用于窥探机密或隐私,其能引发的破坏力显然不小。但换个角度想,智能昆虫也可以帮助我们以全新的方式了解世界,只是需要给点时间,让我们去理解与接受它。


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