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【新生活新科技】半机械半生物 “蜻蜓无人机”首飞成功
2017-07-17 10:07
来源:中国战略新兴产业

本刊记者 顾彦

  近日,又一项科幻电影里的“黑科技”变为现实。
  位于美国马萨诸塞州剑桥市的生物医学解决方案研发公司Draper近日公布了一项成果,是将微型导航技术、合成生物技术以及神经科学技术相结合,开发出了一种新型混合无人机系统——可控制的“蜻蜓无人机”,公司将其命名为DragonflEye。
  一直以来,仿生学家都期望能够模仿造物主鬼斧神工的生物设计和构造,然而目前还没有任何机械仿生无人机能够比得上昆虫本身的飞行效率和机动性。Draper选择了在不伤害生物的前提下对活体蜻蜓进行改造,在一只真正的蜻蜓身上安装了无人机科技。Draper公司生物医学工程师兼该项目首席研究员Jesse J. Wheeler介绍,他们给蜻蜓巧妙地背上了一个“背包”,能量收集、运动感知、导航、光刺激等模块都集成在这个昆虫能够负载的微型背包系统中。
  其中,光刺激模块是DragonflEye与传统生物机器人相比最大的不同。它不需要欺骗昆虫的感受器或直接控制它的肌肉,而是使用光学电极对昆虫神经系统发号施令,蜻蜓可以在保留其原生飞行技能的前提下被操控飞行,而这是其他微型空中机器人所不具备的。传统光纤过于坚硬,不适于包裹蜻蜓微小而脆弱的神经索,所以Draper公司开发出一种新型柔性微型光极结构,能够从微型背包系统发出光脉冲,以亚毫米级精度弯曲光束精准定位神经激活的靶向位置,并且不会损坏相邻的成千上万的神经元。能量收集系统则是指这些设备通过一块内置的太阳能电池进行供能,而蜻蜓本身可以通过捕食自行补充能量,所以蜻蜓无人机可以说是一款不需要充电的“永动机”。导航系统则是在昆虫飞出控制范围时,可以通过导航系统定位寻找。
  这种“蜻蜓无人机”目前已经成功实现了试飞,在Draper公布的视频末尾,可以看到改造后的蜻蜓成功飞了起来。虽然从严格意义上讲,其实是蜻蜓本身的自主飞行,但Draper公司在各相关领域完善的技术解决方案,才是制造这种生物机器人的关键所在。
  其实,这家公司最开始想打造的是“蜜蜂无人机”,因为蜜蜂作为自然界最重要的授粉昆虫之一,每年要为美国农业贡献超过150亿美元的产值,但最近25年由于自然条件的变化,美国蜜蜂的群密度整整缩减了一半。为了让剩下的蜜蜂集中力量、高效作业,科研人员曾想出把蜜蜂变成半机械生物,让它们可以按照人类的指令定点定时完成授粉,但实验过程并不理想。后来研究人员发现蜻蜓广泛存在、取材方便,有体积小、擅于长途飞行、能够自行捕食等诸多优势,所以蜻蜓就成了合适的替代品。
  Draper表示,下一步研发将集中在增加监测、控制功能及减少控制背包重量等方向上。Jesse还表示,以后光极这类技术和工具也会用于改进人类的医学治疗,使得微型诊断、安全接入微小神经目标以及高精准药物递送等成为可能,提升疗效的同时副作用更小。

本文系原创文章,首发于2017年7月1日《中国战略新兴产业》。如需转载,请预先与杂志社联系,并在转载时标注文章作者及来源。
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