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微型仿生機器人的時代要來了。未來的某一天,一只鳥看到一只蚊子,一嘴下去的時候,吃到的不是肉,很可能是碳纖維材質的機器人。如果是在戰場上,一方的指揮部里正在開作戰會議,可這些人不知道的是,趴在墻上一只毫不起眼的蚊子,其實是另一方派出的機器人間諜。
科幻場景要走進現實了。國防科技大學近日發布的消息顯示,已經成功研發出了仿生機器蚊子,目前已經處于測試階段。這就意味著,未來的戰場上,不起眼的更小的設備可以發揮比人類更大的作用。
重量低于0.3g的最小機器人
這款仿生機器蚊子由國防科技大學研發,公開的消息顯示,機器人的翼展只有3cm,整體重量不到0.3g,雖說比真實的蚊子要大一些,但是放在人的面前還是毫不起眼,屬于典型的微型仿生機器人,也是目前世界上最小的全自主飛行仿生機器人之一。全自主飛行,就是說能夠做到無線遙控。
除了體積小,機器蚊子最大的特點是可以模擬真實文字的飛行機制,可以像蚊子那樣低空俯沖,靈活的在空中轉向,甚至還具備空中懸停能力。由于體積太小,各種狹小的空間都能輕松穿越飛行。
你可能會想,這么微小的機器人是用什么材料制作的呢?機器蚊子的外殼是碳纖維材料,不但輕便,而且也相對堅固。這就是說,要制造這樣一款機器蚊子,就要應用到目前最先進的材料科學。畢竟體積太小,不要說要維持整體形態的穩定性,就是單純的設計制造,普通人都無法想象究竟是怎么操作的。
除了能夠體現出材料科學先進以外,微型機器蚊子還能體現出微機電系統的先進程度。既然是機器人,而且還能夠進行智能化的信息收集乃至傳輸作業,蚊子的內部就要集成各種現代化的電路和其他設施。
都說麻雀雖小,五臟俱全,蚊子也是如此。真實的蚊子,體內雖然空間微小,但是生物該有的一切都具備。仿生機器蚊子可以飛行,就要有動力裝置,可以搜尋各種信息,就得將眾多的精密儀器集成到微小的空間內,要處理這些信息就得具備運算能力,所以這么小的東西體內還有加上芯片。
這一整套設備都屬于微機電系統的范疇,說簡單一點,跟制造其他機器人的思路一樣,區別就在于體型越是大的機器人,制造的難度也越容易,體型越是小,難度自然會一步步升級。因為各種設備的體型都在縮小,不涉及專業的知識和技術。普通人單單是想一下如何把肉眼看不見的各種設備集合在一起,還要讓這些東西正常運行,想想其中的難度究竟有多大。
從設計到制造工藝,整體上都是最大的挑戰。畢竟相對于人類自身,微型仿生機器人太小,屬于微觀領域的東西,在構思上可以想象出來,具體到設計乃至制造工藝,操作空間比人的手指頭還要小。所以說,越是體積小的仿生機器人,越能夠代表一個國家在這一領域的技術究竟有多先進和精巧。
而且除了機器蚊子,國內的科研團隊此前還成功研發過仿生昆蟲,體積同樣十分的微小。
機器昆蟲垂直投影面積,兩個指甲蓋大小
遠遠看起來,這是一只在石頭縫隙里快速攀爬的“蟲子”,湊近去看,依舊是一只“蟲子”,只有當你把它從地上撿起來,才發現這是一個機器人。
北京航空航天大學的科研團隊2024年向外界展示了這款仿生昆蟲。它的長度只有2cm,寬度僅有1cm,整體重量1.76g,也就是說,隨便從地上撿起一塊小石子,都比它重。這么小的一款機器人,爬行速度很快,甚至還實現了無線操控。
想象一下,一個普通的玩具小車可以用常規的電池提供動力,而體型更小的機器昆蟲體內根本沒有足夠的空間承載電池,怎么辦呢?那就只能使用外接電機設備為其提供電力,可這樣一來,機器昆蟲的移動就會受到電線的限制。
科研人員為此研發設計了全新的動力系統,開發出了基于直線式驅動、柔性鉸鏈傳動的新型系統,機器昆蟲就能夠擺脫電機和電線的連接了。
和機器蚊子一樣,機器昆蟲的體內同樣擁有控制系統、傳感系統、通訊系統,甚至于還有機械振動轉化為腿部的周期振動系統,能夠幫助昆蟲實現彈跳運動。也就是說,機器昆蟲可以像真實昆蟲那樣跳躍爬行,腿部的關節運動依靠身體內微型電池完成電生磁,促使一旁的磁鐵振動,從而讓機器昆蟲有了跳躍和爬行能力。
不但能夠讓機器昆蟲運動,科研人員還可以精準操控運動軌跡。機器昆蟲雙腿振動頻率的差別為實現精確控制提供了關鍵的基礎。這樣一來,機器昆蟲就可以像真實的蟲子那樣,在實際環境中靈巧的避開各種障礙,穿行在復雜的狹小空間內。
不管是機器蚊子還是機器昆蟲,都屬于微型仿生機器人的范疇,未來這些微型機器人可發揮的作用是不可估量的。
戰場上執行情報搜集任務
通常來說,尺寸在厘米級以下的微型機電系統都屬于微型仿生機器人的范疇,質量輕便,體積很小,如果投入到戰場使用,很難被敵人發現。就以機器蚊子為例,其隱蔽性幾乎可以讓機器蚊子出現在各種各樣的戰場環境里。
比如,兩軍正在打一場規模龐大的巷戰,戰場環境極其復雜,如果派出無人機進行偵察活動,很容易被敵方發現目標,但如果派出去的是機器蚊子,極小的體積基本上不會被敵方察覺到目標。
最為關鍵的是,機器蚊子能夠出現在任何一種場所里,城市廢墟可以為其提供極佳的掩護。如果是集群作戰,一下子放出去成千上萬只“蚊子”,就可以對敵方控制的區域進行全方位偵察。
除了在戰場上應用,微型仿生機器人還可以執行更高端的情報搜集任務。比如一些防守嚴密的特殊場所,常規的偵查手段往往了解不到內部的情況,派微型機器人出動,就可以發揮意想不到的效果。
在這種局面下,未來戰爭中的情報搜集格局就將徹底改變,各種各樣的微型機器人都會出現,不但極大的提高了信息獲取能力,而且還有安全保證,完全不用讓人類出動。
除了在戰場上應用,現代工業領域也有各種各樣大型的機械設備,這種設備人類往往無法看到其內部的狀況,一旦損壞或者是出現問題,檢查難度很大。這時候讓微型機器人出動,人類在外面就可以輕松看到內部的情況。
工業檢測和災后搜救
比如工廠里的一些大型機械設備,要檢測內部的狀況,很長一段時間只能像拍片子那樣使用X光機來看內部的情況。如果微型機器人的應用越來越廣泛,使用這些微小的設備就能夠輕松看到機器內部的情況了。
再比如城市里的一些管道基礎設施,有些管道太小,人類根本爬不進去,或者是情況特殊不能進去,這時候微型機器人就能夠出動,可以輕松看出來究竟是哪里出現了問題。換言之,凡是人類不能夠到達的地方,微型機器人都可以幫助人類到達。
尤其是發生地震或者其他自然災害后,由于現場混亂,要想搜救幸存者往往不能夠做到有效搜索。若是擁有了微型仿生機器人,就可以深入到廢墟里面查看各種情況,進而就能搜救出更多的幸存人員。
可見,微型仿生機器人在未來能夠應用的場景相當廣泛,不但可以出現在戰場上,也可以出現在救災現場,還可以應用到工業領域。而且微型仿生機器人的形態也能夠做到多樣化,蚊子可以飛行,昆蟲可以爬行跳躍,未來有可能還會出現在水里游動的機器魚。
未來在這一領域的競爭很激烈
國內除了國防科技大學和北京航空航天大學在研究以外,沈陽的自動化研究所在微型機器人領域的研究也一直在進行。國外的情況,美國的哈佛大學2018年前后研制出過微型爬行機器人。
荷蘭的代爾夫特理工大學則研發過微型飛行機器人,外表類似于蒼蠅,整體的性能也十分優秀,有著出色的靈活性,能夠在空中懸停5分鐘,單程的飛行距離為1000米。
我國的浙江大學則以海里的獅子魚為原型,研發了一款微型仿生魚機器人,此前在南海進行過現場實驗。這款機器魚在3224米的深海可以做到每秒5.19cm的自由游動。
還有的科研團隊,甚至以水母的外形研發仿水母微型軟體機器人。這些可以在水下活動的仿生機器人,在技術層面更看重機器人的仿生技術能力。畢竟有些仿生機器人要在深海區域工作,如果不具備模仿生物的特性,不要說機器在水下運行,單單是巨大的海水壓力就能夠把機器給壓成碎片。
從上面的情況就能夠看出來,各國目前在微型仿生機器人領域的研發力度很大,未來的競爭也會更加激烈。
結語
微型仿生機器人的技術還會進一步發展。其表現出來的各種各樣的優點,也意味著未來的應用將會更加廣泛。
而在技術進步的背后,更是代表了一個國家的整體科技實力。
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