融合生物与科技 新一代昆虫无人机成型 邓相超

2017-01-28 12:38 来源:未知 作者:澳门在线百家乐投注平

随着研究的不断深入,科学家普遍认为要成功打造出和真正昆虫一般无处不在的、拥有多方面能力的机器人昆虫是一件十分困难的事情。这也必将耗费极为漫长的时间。 因此,现在我们依靠一种控制论的方法获得真正的昆虫来进行替代性试验,希望使之听从人类的命令。 在过去几年里,研究人员已经设法使用电动植入物来引导大型昆虫。

现在位于马萨诸塞州剑桥市的研发公司Draper的工程师希望通过创建一个结合了“微型导航、合成生物技术和神经技术”的“可控制蜻蜓”来克服这些限制。为了引导蜻蜓,Draper的工程师正在开发一种方法来通过遗传对昆虫的神经系统进行调整,使它们可以响应光脉冲。 一旦他们获得成功,这种被称为光遗传学刺激的方法便能够使蜻蜓携带有效载荷或进行监视,甚至帮助蜜蜂成为更好的传粉者。

DragonflEye项目是由研发公司Draper和Howard Hughes医学院(HHMI)支持的美国新型科研机构Janelia Farm合作进行的。

重大成果:自主导航与更可靠的控制

这一项目目前已经研发出几种独特的技术:他们能够将所有的电子变成一个个微小的“背包”,这意味着小昆虫(如蜜蜂和蜻蜓,而不是大甲虫)可以在飞行时背着它。 尺寸上的缩减是由于对电池最小化的需要,并能够通过太阳能电池板收获能量。此外,它们还装载有集成的导航系统,能够在受控环境之外进行完全自主的导航。

另一项主要成果是,Draper的工程师采用了一种更加微妙的方法——通过光脉冲使用所谓的“光极”来激活特殊的“操控”类神经元 。而不是传统的利用电极刺激来强制昆虫的完成人类的指令。 这些“操控”类神经元充当蜻蜓的传感器和其肌肉之间的桥梁,这意味着访问它们提供了对昆虫移动方式的更可靠的控制形式。

项目细节:过去、现在与未来

日前,Draper的高级生物医学工程师和蜻蜓计划的首席研究员Jessie J. Wheeler向记者披露了许多这一研究项目细节。

1.为什么要控制昆虫,而不去开发一个昆虫大小的飞行机器人?

常见的蜻蜓重约600毫克,并且其活动范围巨大。 而相同尺寸的机械传动装置在产生升力、稳定飞行和存储能量方面的效率都要低得多。 这种低效率产生了一大最基础的挑战:机械传动装置只能携带非常小的动力源,这意味着他们只有足够的动力飞行很短的时间。 相较而言,DragonflEye系统不需要用于飞行的电源,电量仅用于导航。 它可以无限期运行,因为昆虫自身能够通过从自然环境获得食物,进而自行补充能量。

2.这一项目目前进展如何?

为了开始对蜻蜓进行指导,需要开发几种关键技术。 首先,[HHMI]专注于开发特定于蜻蜓的基因递送方法,以使特定的“操控”类神经元对光敏感。其次, Draper开发了一个用于自主导航的微型背包和一个灵活的光极,通过引导围绕蜻蜓的细小神经线的光来控制调整后的神经元。

我们的第一代系统基于早期的模型背包,它适用于测试蜻蜓工效和重量限制。 有了这些新技术,我们将为蜻蜓装备背包系统,并开始进行位置跟踪、飞行控制和优化的光学刺激。

3.下一步做什么?

在项目的第一年,我们专注于开发核心的使我们设想能够成真的技术,如背包,光极和为蜻蜓研发的一系列合成生物技术。 第二年,我们准备在运动捕捉室将我们的第一代背包装载在蜻蜓身上,进而从导航系统中获得精确的飞行数据。正因此,我们具备了开发精确的自主导航系统和追踪算法的能力。

接下来,我们将应用来自背包的光刺激来触发蜻蜓的飞行,而这要求我们进一步开发自主飞行控制。 同时,我们正在开发我们的第二代背包——它将搭载更多的功能,并显著减少重量和尺寸。


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