移动机器人

近年来，许多机器人大家都忙着向动物学习，学习它们的敏捷、高效和各种技能。就某些能力而言，有些机器人已经快赶上动物了，但我们还在完善的路上。

R&D人事有时机器人设计中使用了生物学(如许多仿生动物)机器人)，但他们也有更直接的方式，那就是直接基于生物学。机器人。以前，我们已经见过根据类似指导原则建造的飞行昆虫(半机器人和半昆虫)，但今天来自新加坡南洋理工大学(NTU)的这只机器人甲虫更酷。它不仅是世界上最小的机器昆虫，也是市场上最可控的产品。

在一篇论文中，研究团队详细介绍了他们的新作，下面一段是他们的核心观点:

“用活体昆虫作为平台来开发活体杂种。机器人是绝对可行的。这样的机器人既能保持昆虫坚硬的外骨骼、灵活的关节、灵活的执行器和运动能力，又能提高产品的机动性，降低功耗。研究人员将以活体昆虫为平台，在上面安装微电子设备来控制。这种解决方案允许开发人员直接跳过复杂的机器人本体设计，同时昆虫肌肉系统成为柔性执行器，神经系统成为控制系统的一部分。"

通过比较，研究人员最终选择了黑色甲虫，这种甲虫体积小(2-2.5厘米)，重量轻(0.5克)，可以存活三个月左右。在昆虫世界里，黑甲虫的寿命很长。随后，研究人员将在黑色甲虫的背上放一个“背包”，这个电子元件将通过一根天线连接到甲虫的触角上。当天线发出电子脉冲时，它会激活昆虫自身的躲避机制，迫使昆虫快速转向。

这种方式(与直接控制昆虫神经或肌肉相反)有自己的优势，即甲虫的灵魂并没有被人完全带走，它还可以通过自己的大脑控制四肢，这样一来，机器人我们的运动能力变得更强。因为背包里只有两个纽扣电池，人类最多能控制机器甲虫8个小时，但这足够它跑一整公里了。

那么，用这些方法高效防治甲虫的关键是什么呢？答案是天线刺激不可能是二进制的，因为这样的控制命令太粗糙，几乎没有用。通过改变刺激的频率，研究人员可以调整甲虫的运动范围。另外，增加频率后，甲壳虫转向的可能性会增加，成功率超过85%。有趣的是，如果同时刺激两根触须，甲虫会向后倒。

为了获得更多相关细节，IEEE Spectrum采访了论文第一作者Tat Thang Vo Doan和雷锋网。com编译，不改初衷。采访全文如下:

IEEE:你的活甲虫机器人和之前出现的机器蟑螂等产品有什么区别？

Tat Thang Vo Doan:其实电刺激早就广泛应用于机器昆虫，而且有很多。公司大家都在搞天线刺激技术，但暂时无法控制昆虫的反应，这对于精确闭环控制系统的构建非常重要。毕竟没有它，机器昆虫是无法独立完成工作的。

我们主要通过神经肌肉刺激来控制机器甲虫飞行和行走。理想情况下，我们可以完美地控制甲虫每条腿的运动范围，但要达到这个目标，计算和仿真的工作量非常大。天线刺激更简单，因为不需要单独刺激昆虫的每一块肌肉，所以可以简化硬件和控制系统。在不久的将来，我希望我们能达到理想的状态。

IEEE:它能和德雷珀的蜻蜓项目竞争吗？

Tat Thang Vo Doan:基于光基因技术的机器蜻蜓使用神经刺激方法，这确实是有史以来展示的最小的机器昆虫。虽然上镜技术相当火热，但是需要转基因处理，所以我们并不确定这种技术能否实现对昆虫运动的精确控制。但是，我们希望Draper的机器蜻蜓将来能飞上天空，与其他机器昆虫一起承担搜救任务。

在我们看来，世界上没有完美的机器昆虫，它们都有各自的优缺点。未来，他们最好能在搜救行动中相互合作，取长补短，更高效地完成任务。

IEEE:为什么选择黑色甲壳虫？

Tat Thang Vo Doan:首先，由于它的体型，这个小家伙可以去灾难现场的任何地方，蟑螂或歌利亚甲虫可能会被卡住。此外，与其他不同大小的机器昆虫配合使用，可以扩大搜索范围，提高救援精度和效率。

IEEE:这么小的家伙怎么能携带传感器呢？可以远距离控制吗？

Tat Thang Vo Doan:我们可以将内置的传感器集成到它的“背包”中，知道一只昆虫可以携带两倍于自身重量的物体。此外，我们正在开发一种便于人类探测和导航的新型背包。行走在灾区的机器甲虫可以利用背包帮助救援人员尽快找到生命，同时背包也可以让它们独立完成搜救任务。

如果灾情严重，我们可以放飞数百只飞行或爬行的机器昆虫(量产后的机器昆虫)价格会急剧下降)。机器昆虫可以在倒塌的建筑物中自由行走，并发回它们的位置和环境条件的地图，以便救援队更准确地制定救援计划。毕竟在救灾中，时间就是金钱。

一旦机器昆虫在废墟中发现生命迹象，它会向救援队发出紧急信号，然后切换到自动控制模式，在伤者周围盘旋确认，并绘制周围环境的地图。救援行动结束后，所有机器昆虫将自动返回控制中心。虽然这听起来像科幻小说，但我们真的在努力让它成为现实。

IEEE:这种机器昆虫什么时候能在野外应用？

Tat Thang Vo Doan:从目前的进展来看，我认为它们将在五年内派上用场。当然，这里说的不是搜救任务，有点难度。

IEEE:你下一步打算做什么？

Tat Thang Vo Doan:我们现在正在建立一个反馈控制系统，确保精确控制昆虫运动的可靠性。此外，我们还在为“背包”集成导航系统和环境传感器。未来，机器昆虫也可以像自动驾驶汽车一样完成任务。

在实际应用中，我们必须保证机器昆虫的能量供应。如果仅仅依靠电池，挑战是相当巨大的。所以我们在研发生物燃料电池，可以改造昆虫。体内生物燃料被转换成电能来驱动背包。