1. 跳轉至内容
  2. 跳轉至主選單
  3. 跳轉到更多DW網站

微型化智慧型化機器人

Frank Grotelueschen2007年10月14日

講起機器人,人們首先聯想到的恐怕都是模仿人樣的鐵皮人,走起路來笨手笨腳的。這種想法其實早已過時,微電子技術以及微型化的發展趨勢也早已進入機器人的開發領域,設計人員在實驗室測試的模型已經越來越精細,有些甚至可以模仿蜻蜓,自動飛行。

健步如飛的微型機器人圖片來源: Uni Göttingen

在院子裡來回飛的這個飛行器看上去就像某種微型的不明飛行物UFO,大小就和5吋盤子差不多。只見它徑直飛向一名行人,然後穩穩地停在空中,停在和那位行人齊眉高的地方,把攝影頭對准了他。那個人顯然愣住了,不知道是怎麼回事兒。站在院子另一頭、手裡握著遙控的阿赫特裡克(Michael Achtelik)偷笑不止,很高興自己又成功地捉弄了人。阿赫特裡克是德國慕尼黑工業大學的研究人員,他控制的是一個飛行間諜,這個間諜的樣子看上去就像某種特殊的直升飛機模型,行話稱其為四旋翼直升機。阿赫特裡克介紹說:「四旋翼直升機就是帶著四個旋轉翼片的飛行器,它是靠控制各個旋翼的轉速差來實現前進、後退、轉向、懸停等動作的。我們現在的攻關重點是盡可能讓它飛行得更加平穩。」

驅動飛行器的是電機,能源是鋰電池。飛行器上的一個微型晶片根據機上各種感測元件收集到的訊號控制四個旋翼的轉速。阿赫特裡克介紹說:「我們這個四旋翼直升機要比一般的直升機結實多了,墜落好多次都沒不會壞。它在空中飛的時候你碰它也沒事兒,它會自動恢復穩定狀態。」

這是一個誘人的高科技玩具嗎?阿赫特裡克認為不是。在他看來,這個四旋翼飛行器具有實實在在的應用價值。他說:「人們可以利用它進行航空拍攝,或者進行空中監測。假如需要檢查某棟建築物的話,也可以用它進行低空拍攝。」

圖片來源: DW-TV

機器人行業的最新發展趨勢是微型化、智慧型化,與此同時,造價也在降低,上面介紹的四旋翼飛行器僅是這一發展趨勢的一個實例,但還不算頂尖的實例。今天,由於微電子技術的長足發展,研究人員已經在開發比蜻蜓或者蒼蠅的個頭大不了多少的飛行機器人了。他們的幻想是有朝一日能讓這些人造昆蟲獨立自主地在空中飛行,完成有用的工作,比如說在災區搜尋倖存者、搜查環境污染物、監測生產企業和發電站的環保工作等等。當然,除了民用之外,它們的軍用價值也很高,警方和軍方可以利用它們進行偵察工作,秘密收集各類情報。荷蘭戴爾福特大學的棱廷克(David Lentink)就從事拍翅式的仿昆微型機器人的開發工作。他介紹說:「我們的飛行器有兩對兒翅膀,就像蜻蜓一樣。這些翅膀也像蜻蜓一樣上下拍動,每秒鐘拍14下。飛翅的構架是用很細的碳纖維桿做成的,上面蹦著一層特殊薄膜,由微小的、重量只有1,6克的電機帶動。飛行器上的電池可以保證15分鐘的飛行,而且是帶著一台攝影機的負重飛行。」

這支人造蜻蜓模仿的是昆蟲飛行最主要的特徵之一,那就是上下拍翅。這種推進方式對飛行機器人專家來說是非常吸引人的,因為傳統的螺旋槳或者是直升機的旋翼推進方式由於空氣動力學的緣故已經不能再小了,人們要想開發微型的飛行機器人,就必須另闢蹊徑,尋找全新的推進方式。自然界的昆蟲就給了研究人員很好的啟發。再小的昆蟲,比如說蚊子、果蠅,也可以通過拍翅方式在空中自如飛翔。

瑞士洛桑聯邦高等工業學院的研究人員科瓦奇(Mirko Kovac)選擇的模仿對象則是另一種昆蟲——沙漠蝗蟲。他正在開發的機器人是先跳起來,然後再展開雙翅,向前滑行幾米。科瓦奇介紹說:「這樣的飛行機器人主要有兩個優勢:一是構造非常簡單,二是只需要非常少的能量就可以在空中前進。」

科瓦奇已經開發了一個會起跳的機器人,原理很簡單:一個微型電機通過一個傳動裝置上緊一根彈簧,放開彈簧的瞬間,機器人便會一躍上天。科瓦奇說:「這種起跳原理和蝗蟲的一樣。我們這個小機器大小差不多有5公分,重量是5克,跳起來的高度大約有1,4米。」

跳到最高點以後,蝗蟲機器人必須盡快展開雙翅。科瓦奇對此已經有所思考了。他介紹說:「我們的第二步工作是開發雙翅。在此我們借鑑的是蝙蝠雙翅的折疊原理。」

他們的初步設想是利用細絲收回或伸展機器人的雙翅。最終的產品將是一個大小不超過A4紙疊的鳥、重量不超過10克的滑翔機器人。有朝一日,這樣的機器人將可能作為機動環境監測感測器,在環保領域大顯身手;或者在發生雪崩、地震之類的自然災害時,協助救急人員搜尋倖存者;或者作為某種新式登陸器,參加到對火星及其他星球的探索行列。

但這些可能的應用都還屬於遙遠的未來藍圖,現在研發出來的樣機都還顯得相當笨拙,飛起來搖搖晃晃的很不穩定,稍不小心就會一頭栽地。但是,這些迷你型飛行器卻擁有巨大的發展潛力。科學家們早已認識到大自然的樣板作用並學會很快化為己用,他們對昆蟲世界的技巧瞭解得越來越多,其中不光是拍翅、滑翔等飛行技巧,而且還包括對周圍情況的感知技巧,比如說蘇黎士聯邦高等工業學院的研究人員就開發了一個模仿蒼蠅大腦工作原理的攝影晶片。有朝一日,這個晶片將可以協助仿昆微型機器人不再依賴人們的遙控,而是可以自主導航,在野外飛行。

跳轉至下一欄 瀏覽更多相關内容

瀏覽更多相關内容

顯示更多
跳轉至下一欄 DW熱門報導

DW熱門報導

跳轉至下一欄 更多DW報導