類螢火蟲機器人 搜救任務救星

編譯/韋士塔 |2023.01.07
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編譯/韋士塔

螢火蟲會在溫暖的夏日夜間,利用尾部發出的光芒進行各種活動,包括吸引配偶、抵禦捕食者或引誘獵物。

這些會發光的昆蟲,成為麻省理工學院(MIT)科學家的靈感。研究人員從大自然中汲取靈感,製造出體積與昆蟲類似的飛行設備,且能像螢火蟲般發光。研究團隊表示,這種設備可進入人類難以抵達的地區,例如:倒塌的建築物或地底深處,使用燈光發送信號並尋求協助,執行搜救、調查等任務。

在發表於電氣電子工程師學會(IEEE)的《機器人與自動化快報》(Robotics and Automation Letters)期刊中,研究團隊表示,過去的微型飛行機器人重量只比迴紋針略重,因此無法搭載感測器;為了追蹤這些機器人的方位,研究人員須使用紅外線攝影機,但效果不盡理想。

然而,這些會飛行的昆蟲機器人一旦能夠發光,研究人員只需使用幾具智慧手機的攝影鏡頭,就可輕鬆鎖定它們的位置,準確度可達到2公分範圍以內,這也讓這類機器人距離廣泛應用更近一步。

MIT電氣工程與計算機科學系(EECS)助理教授陳凱文(Kevin Chen)表示,大型機器人可以使用許多不同的工具進行通信,例如:藍牙、無線,但是微型、功率受限的機器人,需使用不同的通信模式以及更先進的動態追蹤系統,才能掌握其位置並發揮功能。

研究人員在昆蟲機器人的人造肌肉,加入電致發光(electroluminescent)粒子。如此一來,這種新型機器人即可發光,藉此傳遞各種信息。

這些嵌入人造肌肉的粒子非常輕巧,僅讓昆蟲機器人的重量增加約2.5%,不會影響其飛行性能。

MIT的研究團隊表示,他們使用創新技術,以具有彈性的材料層及碳奈米管材料層交替堆疊,成為柔軟的圓柱體,製作出人造肌肉材料。

圓柱體被施加電壓時,電極材料會擠壓彈性材料,從而形成機械壓力,讓機器人的翅膀扇動。同時,研究人員在人造肌肉加入硫酸鋅粒子,可以發出明亮的光線。

報告指出,傳統的電致發光材料非常耗電,能量成本極高,但新開發的電致發光材料幾乎不需消耗電力,在機器人飛行的過程,就能產生發光所需的能量。

此外,研究人員也可調整新材料粒子中的化學成分,改變光線的顏色。利用不同顏色的組合,研究人員將可傳遞更多、更明確的訊息。

研究團隊指出,他們使用成本低廉的硬體,開發出可與成本達數萬美元設備相比的新裝置;接下來,研究團隊準備提升昆蟲機器人的追蹤系統,目標是進行即時追蹤與傳訊。

此外,研究團隊也正設法整合控制信號,讓機器人在飛行過程打開、關閉燈光,如同真正的螢火蟲一樣進行交流。

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