Utstyrt med bittesmå lasere for øynene, kan svermer av reduserende robotdroner snart være i stand til å pollinere felt av avlinger, søke i kollapsede bygninger etter overlevende eller ta luftkvalitetsmålinger over store områder.
I 2012 gikk forskere ved Harvard University overskrifter da de lanserte et robotinsekt, som bare veide milligram, og så på hvordan det med hell fløy og landet; et år senere var det i stand til å følge en forhåndsprogrammert bane. Siden den gang har RoboBee lært å svømme, men det er fremdeles et stort gap i evnene: den kan ikke se effektivt.
Forskere ved University of Buffalo og University of Florida jobber for å endre det. I løpet av de neste tre årene tester Karthik Dantu ved Buffalo og Sanjeev Koppal i Florida måter på 1, 1 millioner dollar fra National Science Foundation, i Florida måter å krympe teknologien som brukes i lidar, eller lysdeteksjon og rekkevidde, for å gi det lille droner muligheten til å navigere seg selv mot et mål uten å bli drevet dit av en menneskelig operatør. De vil være som Googles selvkjørende bil, bare tusenvis av ganger mindre.
"Vi trengte en dybdesensor for intelligent oppførsel, " sier Koppal. "Da vi tenkte på hva slags teknikker vi kunne bruke, var lidar øverst på listen."
Lidar ble utviklet på 1960-tallet etter oppfinnelsen av laseren, og fungerer akkurat som radar eller ekkolodd, men med lys. Ved å pulse en serie usynlige lysstråler ut i det omkringliggende området, skaper lidar et detaljert bilde av miljøet basert på lys som er sprettet tilbake til sensorene. Lidar kan bruke lys i de synlige, ultrafiolette og nærinfrarøde bølgelengdene for bildebehandling, og de kortere bølgelengdene gjør det mulig å måle partikler så små som luftbårne aerosoler.
Men det minste kommersielle lidarsystemet veier 830 gram, eller nesten to kilo, mens en robotbi bare er 80 milligram - lettere enn en liten binders. Med andre ord, å skape mikrolidar-evne krever krymping av Ant-Man-nivået.
Konvensjonelle kameraer kunne ikke brukes, forklarer Dantu, fordi robotene er bare for små - dybdesyn med kameraer krever at de er plassert med en minimal avstand fra hverandre, som øyne, og det er bare ikke den slags rom på dronen. Å fange og analysere lysstråler for å oppfatte avstand og dybde var den logiske banen, ettersom den er avhengig av å samle lys fra alle retninger. I tillegg bruker kameraer og bildebehandling mye strøm, noe som også er på premium på RoboBees. Rundt 97 prosent av det totale kraftbudsjettet ombord i en robotbie blir konsumert med fly; databehandlings- og sensorsystemer får kjempe med andre systemer for restene.
Med tilskuddet designer Koppal nye lette sensorer, og Dantu jobber med matematiske algoritmer for å hjelpe disse sensorene best å bruke dataene de samler inn. En kollega av Koppals i Florida, Huikai Xie, jobber med å bygge de nødvendige lasersendere.
Først vil forskerne bruke et speil med vidvinkeloptikk på dronen for å samle laserpulser fra en ekstern lidar-basestasjon, og finjustere den riktige algoritmen for sensorene med disse dataene. Det andre trinnet er å montere en laserdiode på selve dronen, drevet via tether til en basestasjon eller batteri. Derfra er det endelige målet å få alt internt drevet.
(Microbiotics Lab, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences and Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Microlidar kan brukes i endoskopiske sonder, de wandlignende verktøyene som ble brukt under operasjoner som i dag bruker ultralyd for å visualisere indre organer og kroppsstrukturer. En hel sverm av robotbier kunne overvåke luftforurensning, vær eller trafikkmønster over et stort område. Enhver disiplin som i dag bruker lidar kan potensielt ha nytte av dette, inkludert topografisk kartlegging, påvisning av seismiske feil, identifisering av uoppdagede mineralforekomster, arkitektonisk planlegging og kloakkvedlikehold.
Selv om Dantu og Koppal fokuserer på å få et levedyktig lidar-system bygget for dronen, er akkurat hvordan dataene blir samlet og behandlet et hinder de diskuterer ofte. Bien eller svermen av bier kunne utføre en del av databehandlingen på egen hånd, i tillegg til at de samlet kan overføre data via kodede lyspulser til en basestasjon for utdypende databehandling.
Michael Olsen, førsteamanuensis i geomatikk ved Oregon State University, jobber med lidar for å studere topografi og terrengkartlegging, og bruker hovedsakelig bakkebaserte skannere for å se på kysterosjon, sikkerhet for broer og jordskjelvteknikk. Han sier at mangelen på evne til å samle et komplett datasett er en stor begrensning med konvensjonelle lidarsystemer.
"Vi har uunngåelig mangler i dataene våre på grunn av begrensninger i synet, " sier Olsen. “Disse RoboBees ville potensielt være veldig nyttige for å bidra til å fylle ut noen av disse hullene for å produsere en mer komplett modell. Nedbemanningen av et aktivt lasersystem, som lidar, er en ganske utfordring, og det forskerne takler her er en helt ny skala. Det høres ut som om de har kommet med noen veldig interessante løsninger på kraft-, vekt- og størrelsesbegrensninger. ”
Fullstendig klargjort, en sverm av mikrolidarutstyrte bie-droner kunne fly rundt i trær i en tett skog for bedre å fange strukturen til hvert tre, eller opp under stagene på en bro, skanning vanskelig å lage med konvensjonelle teknikker.
Mens lidar for tiden brukes til forskning og industrielle applikasjoner, kan microlidar ha mange hjemmebaserte eller medisinske anvendelser. Husjegere kunne ha tilgang til en full 3D-gjengivelse av et hjem til salgs og kjenne de nøyaktige dimensjonene til rom for å planlegge hvordan møbler kan passe. Søke- og redningsoppdrag kunne kamre gjennom små mellomrom i kollapsede strukturer. Hjemmebaserte systemer kan oppdage om noe er malplassert eller mangler, eller i hvilken grad jorden har forskjøvet seg etter et skred eller jordskjelv. Og kroppsbyggere eller vekttapssøkere kan få jevnlige og detaljerte skanninger av kroppene sine for å vite omfanget av deres fremgang.
Dantu og Koppal innrømmer at denne typen applikasjoner fremdeles er mange år fremover, men at teknologiens praktiske karakter er lovende.
"Hvis du kan gjøre noe på RoboBee, kan du gjøre det hvor som helst, " sier Koppal. “Microlidar kan fungere uansett hvor vanlig lidar brukes. Det er alle slags bruksområder innen landbruk og industri der folk allerede bruker lidar for å kartlegge fabrikkgulvet eller gården. I mange tilfeller er mindre og billigere bare bedre. "
Og husk at disse laserne ikke er høydrevne zappere. RoboBees vil ikke bruke dem til å dele seg og erobre - bare for å få et mer nøyaktig syn på verden rundt dem.
