Оборудвани с малки лазери за очи, рояците от умалителни дронове на роботите скоро могат да опрашват полета от култури, да търсят срутени сгради за оцелели или да правят измервания на качеството на въздуха на големи площи.
През 2012 г. изследователи от Харвардския университет направиха заглавия, когато пуснаха роботизирано насекомо, тежащо само милиграми, и наблюдаваха как успешно лети и каца; година по-късно тя успя да следва предварително програмиран път. Оттогава RoboBee се е научил да плува, но все още има голяма пропаст в способностите му: не може да вижда ефективно.
Изследователи от Университета в Бъфало и Университета на Флорида работят за това. През следващите три години, с помощта на безвъзмездна финансова помощ от 1, 1 милиона долара от Националната научна фондация, Картик Данту от Буфало и Санджиев Копал във Флорида тестват начини за свиване на технологията, използвана в лидар, или откриване на светлина и разстояние, за да се даде малкото дронове способността да се ориентират към цел, без да бъдат задвижвани там от човешки оператор. Те биха били като самоуправляващата се кола на Google, само хиляди пъти по-малка.
„Трябваше ни датчик за дълбочина за интелигентно поведение“, казва Копал. „Когато обмисляхме какви техники можем да използваме, lidar беше начело на списъка.“
Разработен през 60-те години след изобретяването на лазера, lidar работи точно като радар или сонар, но със светлина. Чрез пулсиране на поредица от невидими лъчи светлина навън в околността, lidar създава подробна картина на околната среда въз основа на светлината, отскачаща обратно към сензорите си. Lidar може да използва светлина във видимата, ултравиолетовата и близката инфрачервена дължина на вълната за изображения, а по-късите дължини на вълната правят възможно измерването на частици, толкова малки, колкото въздушните аерозоли.
Но най-малката търговска система на лидар тежи 830 грама или близо два килограма, докато роботизираната пчела е само 80 милиграма - по-лека от малка хартиена щипка. С други думи, създаването на микролидарна способност изисква свиване на ниво Ant-Man.
Конвенционалните камери не могат да се използват, обяснява Данту, тъй като роботите са твърде малки - възприемането на дълбочина с камерите изисква те да са разположени на разстояние на минимално разстояние, като очи, а просто няма такъв тип стая на дрона. Заснемането и анализирането на светлинните лъчи за възприемане на разстояние и дълбочина беше логичният път, тъй като той разчита на събиране на светлина от всяка посока. Плюс това, камерите и обработката на изображения консумират голяма част от мощността, която също е на първо място при RoboBees. Около 97 процента от общия бюджет за мощност на борда на пчела-робот се изразходва с полет; изчислителните и сензорните системи се борят с други системи за остатъците.
С безвъзмездната помощ Koppal разработва нови леки сензори, а Dantu работи по математически алгоритми, за да помогне на тези сензори да използват най-добре данните, които събират. Колегата на Koppal от Флорида, Huikai Xie, работи по изграждането на необходимите лазерни излъчватели.
Първо, изследователите ще използват огледало с широкоъгълна оптика на дрона, за да събират лазерни импулси от отдалечена базова станция лидар и да прецизират правилния алгоритъм за сензорите с тези данни. Втората стъпка е да монтирате лазерен диод върху самия дрон, захранван чрез тетер към базова станция или батерия. Оттам крайната цел е всичко да се захранва вътрешно.
(Микробиотична лаборатория, Харвардската школа Джон А. Полсън, Инженерно-приложни науки и Института за биологично вдъхновение от Wyss) Микролидар може да се използва в ендоскопски сонди, инструменти, подобни на пръчици, използвани по време на операция, които понастоящем използват ултразвук за визуализиране на вътрешни органи и телесни структури. Цял рой роботизирани пчели може да наблюдава замърсяването на въздуха, времето или моделите на движение на голяма площ. Всяка дисциплина, в която сега се използва лидар, би могла да има полза, включително топографско картографиране, откриване на сеизмични разломи, идентифициране на неоткрити находища на минерали, архитектурно планиране и поддръжка на канализацията.
Въпреки че Dantu и Koppal се фокусират върху създаването на жизнеспособна система lidar, изградена за дрона, точно как данните ще се събират и обработват е препятствие, което те обсъждат често. Пчелата или роят пчели могат да извършват част от обработката на данни самостоятелно, както и колективно да предават данни чрез кодирани светлинни импулси до базова станция за задълбочени изчисления.
Майкъл Олсън, доцент по геоматика в държавния университет в Орегон, работи с лидар за изучаване на топография и картографиране на терена, използвайки главно наземни скенери за разглеждане на бреговата ерозия, безопасността на мостовете и инженерството на земетресенията. Той казва, че липсата на способност за събиране на пълен набор от данни е голямо ограничение при конвенционалните лидарни системи.
„Неминуемо имаме пропуски в нашите данни поради ограниченията на зрението“, казва Олсън. „Тези RoboBees биха могли да бъдат много полезни за подпомагане на попълването на някои от тези пропуски, за да се получи по-пълен модел. Съкращаването на активна лазерна система като лидар е доста предизвикателство и това, което изследователите се справят тук, е съвсем нов мащаб. Звучи, че са предложили някои много интересни решения за ограничения на мощността, теглото и размера. “
Напълно осъзнато, рояк от пчелни дронове, оборудвани с микролидар, може да лети около дървета в гъста гора, за да улавя по-добре структурата на всяко дърво или под подпорите на мост, сканирайки трудни за конвенционални техники.
Докато lidar в момента се използва за изследвания и промишлени приложения, microlidar може да има много домашни или медицински приложения. Ловците на къщи биха могли да имат достъп до пълно 3D изобразяване на дом за продажба и да знаят точните размери на стаите, за да планират как могат да се поберат мебелите. Мисиите за търсене и спасяване могат да се съчетаят през малки пространства в срутени структури. Домашните системи могат да открият дали нещо не е на мястото си или липсва или степента, в която земята се е изместила след свлачище или земетресение. А културистите или търсещите загуба на тегло биха могли да получават редовни и подробни сканирания на телата си, за да знаят степента на напредъка си.
Dantu и Koppal признават, че тези видове приложения са още много години в бъдеще, но че практическият характер на технологията е обещаващ.
„Ако можете да направите нещо на RoboBee, можете да го направите навсякъде“, казва Копал. „Микролидар може да работи навсякъде, където се използва редовно лидар. Има всякакви приложения в селското стопанство и промишлеността, където хората вече използват lidar, за да картографират фабричния етаж или фермата. В много случаи по-малките и по-евтините са просто по-добри. “
И не забравяйте, че тези лазери не са захранващи устройства. RoboBees няма да ги използва за разделяне и завладяване - само за да получите по-точен поглед върху света около тях.
