Εξοπλισμένοι με μικροσκοπικά λέιζερ για μάτια, τα σμήνη υποβαθμισμένων χειριστηρίων ρομπότ μπορεί σύντομα να είναι σε θέση να επικονιάσουν πεδία καλλιεργειών, να αναζητήσουν καταρρέοντα κτίρια για επιζώντες ή να πάρουν μετρήσεις ποιότητας του αέρα σε μεγάλες περιοχές.
Το 2012, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ κατέγραψαν πρωτοσέλιδα όταν ξεκίνησαν ένα ρομποτικό έντομο, ζυγίζοντας μόνο χιλιοστογράμματα, και παρακολούθησαν καθώς πέταξε και προσγειώθηκε με επιτυχία. ένα χρόνο αργότερα, ήταν σε θέση να ακολουθήσει μια προ-προγραμματισμένη πορεία. Από τότε, ο RoboBee έχει μάθει πώς να κολυμπάει, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα στις ικανότητές του: δεν μπορεί να δει αποτελεσματικά.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Buffalo και του Πανεπιστημίου της Φλώριδας εργάζονται για να το αλλάξουν. Κατά τη διάρκεια των επόμενων τριών ετών, με τη βοήθεια επιχορήγησης ύψους 1, 1 εκατομμυρίων δολαρίων από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, οι Karthik Dantu στο Buffalo και ο Sanjeev Koppal στη Φλόριντα δοκιμάζουν τρόπους να συρρικνωθεί η τεχνολογία που χρησιμοποιείται στο lidar ή ανίχνευση και εύρεση φωτός, αποδυναμώνει την ικανότητα να περιστρέφεται προς ένα στόχο χωρίς να οδηγείται εκεί από έναν άνθρωπο χειριστή. Θα ήταν σαν το αυτο-οδηγώντας αυτοκίνητο της Google, μόνο χιλιάδες φορές μικρότερο.
"Χρειαζόμασταν αισθητήρα βάθους για έξυπνη συμπεριφορά", λέει ο Koppal. «Όταν σκεφτόμασταν ποια τεχνικά θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε, ο lidar ήταν στην κορυφή της λίστας».
Αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1960 μετά την εφεύρεση του λέιζερ, το lidar λειτουργεί ακριβώς όπως το ραντάρ ή το σόναρ, αλλά με το φως. Παίρνοντας μια σειρά από αόρατες ακτίνες φωτός έξω από τη γύρω περιοχή, το lidar δημιουργεί μια λεπτομερή εικόνα του περιβάλλοντος με βάση το φως που αναπήδησε πίσω στους αισθητήρες του. Το Lidar μπορεί να χρησιμοποιήσει φως στα ορατά, υπεριώδη και σχεδόν υπέρυθρα μήκη κύματος για απεικόνιση και τα μικρότερα μήκη κύματος καθιστούν δυνατή τη μέτρηση των σωματιδίων ως μικροσκοπικά όπως τα αερολύματα αερομεταφερόμενα.
Αλλά το μικρότερο εμπορικό σύστημα lidar ζυγίζει 830 γραμμάρια, ή σχεδόν δύο κιλά, ενώ μια ρομποτική μέλισσα είναι μόλις 80 χιλιοστόγραμμα πιο ελαφριά από ένα μικρό συνδετήρα. Με άλλα λόγια, η δημιουργία ικανότητας microlidar απαιτεί συρρίκνωση του επιπέδου Ant-Man.
Οι συμβατικές κάμερες δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, εξηγεί ο Dantu, επειδή τα ρομπότ είναι απλά πολύ μικρής εμβέλειας αντίληψης με τις κάμερες απαιτεί να απέχουν ελάχιστη απόσταση μεταξύ τους, όπως τα μάτια, και απλά δεν υπάρχει τέτοιο δωμάτιο στο κρουαζιερόπλοιο. Η καταγραφή και η ανάλυση των ακτίνων φωτός για να αντιληφθούν την απόσταση και το βάθος ήταν η λογική πορεία, καθώς βασίζεται στη συλλογή φωτός από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Επιπλέον, οι κάμερες και η επεξεργασία εικόνας καταναλώνουν μεγάλη ισχύ, η οποία είναι επίσης εξαιρετική για τους RoboBees. Περίπου το 97% του συνολικού προϋπολογισμού ισχύος επί του σκάφους μιας ρομπότ καταναλώνεται από την πτήση. τα συστήματα υπολογισμού και ανίχνευσης έρχονται να πολεμήσουν με άλλα συστήματα για τα υπολείμματα.
Με την επιχορήγηση, η Koppal σχεδιάζει νέους ελαφρούς αισθητήρες και ο Dantu εργάζεται σε μαθηματικούς αλγόριθμους για να βοηθήσει αυτούς τους αισθητήρες να χρησιμοποιήσουν καλύτερα τα δεδομένα που συλλέγουν. Ένας συνάδελφος της Koppal στη Φλόριντα, Huikai Xie, εργάζεται για την κατασκευή των απαραίτητων πομπό λέιζερ.
Κατ 'αρχάς, οι ερευνητές θα χρησιμοποιήσουν έναν καθρέφτη με ευρυγώνια οπτική στο δαχτυλίδι για να συλλέξουν παλμούς λέιζερ από έναν απομακρυσμένο σταθμό βάσης lidar, και να τελειοποιήσουν τον κατάλληλο αλγόριθμο για τους αισθητήρες με αυτά τα δεδομένα. Το δεύτερο βήμα είναι να τοποθετήσετε μια δίοδο λέιζερ στο ίδιο το δράκο, που τροφοδοτείται μέσω ιμάντα σε σταθμό βάσης ή μπαταρία. Από εκεί, ο απώτερος στόχος είναι να πάρει όλα εσωτερικά τροφοδοτείται.
(Εργαστήριο Μικροβιοτικών, Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Harvard John A. Paulson και Ινστιτούτο Βιολογικών Εμπνευσμένων Μηχανικών Wyss) Το Microlidar θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ενδοσκοπικούς ανιχνευτές, τα εργαλεία που μοιάζουν με ραβδώσεις που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης και χρησιμοποιούν επί του παρόντος υπερήχους για την απεικόνιση των εσωτερικών οργάνων και των δομών του σώματος. Ένα ολόκληρο σμήνος ρομποτικών μελισσών θα μπορούσε να παρακολουθεί την ατμοσφαιρική ρύπανση, τις καιρικές συνθήκες ή τα μοντέλα κυκλοφορίας σε μια μεγάλη περιοχή. Οποιοσδήποτε κλάδος απασχολεί επί του παρόντος το lidar θα μπορούσε να ωφεληθεί ενδεχομένως, συμπεριλαμβανομένης της τοπογραφικής χαρτογράφησης, ανίχνευσης σεισμικών βλαβών, εντοπισμός ανεξερεύνητων κοιτασμάτων ορυκτών, αρχιτεκτονικού σχεδιασμού και συντήρησης υπονόμων.
Παρόλο που ο Dantu και η Koppal επικεντρώνονται στο να αποκτήσουν ένα βιώσιμο σύστημα lidar που είναι χτισμένο για το drone, ακριβώς πώς θα συγκεντρωθούν και θα επεξεργαστούν τα δεδομένα είναι ένα εμπόδιο που συζητούν συχνά. Η μέλισσα ή το σμήνος των μελισσών μπορεί να πραγματοποιήσει μεμονωμένα μέρος της επεξεργασίας δεδομένων από μόνοι τους, καθώς και να μεταδίδει συλλογικά δεδομένα μέσω κωδικοποιημένων παλμών φωτός σε σταθμό βάσης για λεπτομερή υπολογισμό.
Ο Michael Olsen, αναπληρωτής καθηγητής γεωπληροφορικής στο κρατικό πανεπιστήμιο του Όρεγκον, συνεργάζεται με το lidar για τη μελέτη της τοπογραφίας και της χαρτογράφησης εδάφους, χρησιμοποιώντας κυρίως ανιχνευτές εδάφους για να εξετάσουν την παράκτια διάβρωση, την ασφάλεια των γεφυρών και τη μηχανική σεισμών. Λέει ότι η έλλειψη ικανότητας συλλογής πλήρους συνόλου δεδομένων είναι ένας μεγάλος περιορισμός με τα συμβατικά συστήματα lidar.
"Αναπόφευκτα έχουμε κενά στα δεδομένα μας λόγω των περιορισμών της όρασης, " λέει ο Olsen. "Αυτά τα RoboBees θα μπορούσαν ενδεχομένως να είναι πολύ χρήσιμα για να βοηθήσουν να συμπληρωθούν μερικά από αυτά τα κενά για να παραχθεί ένα πιο ολοκληρωμένο μοντέλο. Η συρρίκνωση ενός ενεργού συστήματος λέιζερ, όπως το lidar, είναι μια μεγάλη πρόκληση και αυτό που οι ερευνητές αντιμετωπίζουν εδώ είναι μια εντελώς νέα κλίμακα. Ακούγεται σαν να έρχονται με κάποιες πολύ ενδιαφέρουσες λύσεις σε ισχύ, βάρος και μέγεθος περιορισμούς. "
Πλήρως συνειδητοποιημένος, ένα σμήνος μικροτρονιδών εξοπλισμένων αεροσκαφών μελισσών θα μπορούσε να πετάξει γύρω από δέντρα σε ένα πυκνό δάσος για καλύτερη σύλληψη της δομής κάθε δέντρου ή πάνω κάτω από τις δοκοί μιας γέφυρας, σαρώνει δύσκολο να γίνει με συμβατικές τεχνικές.
Ενώ το lidar χρησιμοποιείται σήμερα για ερευνητικές και βιομηχανικές εφαρμογές, το microlidar μπορεί να έχει πολλές οικιακές ή ιατρικές χρήσεις. Οι κυνηγοί σπιτιών θα μπορούσαν να έχουν πρόσβαση σε μια πλήρη 3D απόδοση ενός σπιτιού προς πώληση και να γνωρίζουν τις ακριβείς διαστάσεις των δωματίων για να σχεδιάσουν πώς θα έπιναν τα έπιπλα. Οι αποστολές αναζήτησης και διάσωσης θα μπορούσαν να χτενιστούν μέσα από μικρούς χώρους μέσα σε καταρρεμένες δομές. Τα συστήματα που βασίζονται στο σπίτι θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν αν κάτι είναι εκτός χώρου ή λείπει ή ο βαθμός στον οποίο η γη μετατοπίστηκε μετά από μια κατολίσθηση ή σεισμό. Και οι bodybuilders ή οι αναζητητές απώλειας βάρους θα μπορούσαν να πάρουν τακτικές και λεπτομερείς σαρώσεις του σώματός τους για να γνωρίσουν την έκταση της προόδου τους.
Οι Dantu και Koppal παραδέχονται ότι αυτές οι εφαρμογές εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά χρόνια στο μέλλον, αλλά ότι η πρακτική φύση της τεχνολογίας είναι πολλά υποσχόμενη.
"Εάν μπορείτε να κάνετε κάτι στο RoboBee, μπορείτε να το κάνετε οπουδήποτε", λέει ο Koppal. "Το Microlidar θα μπορούσε να λειτουργήσει όπου χρησιμοποιείται κανονικό lidar. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές στη γεωργία και τη βιομηχανία, όπου οι άνθρωποι χρησιμοποιούν ήδη το lidar για να χαρτογραφήσουν το εργοστάσιο ή το αγρόκτημα. Σε πολλές περιπτώσεις, μικρότερα και φθηνότερα είναι μόνο καλύτερα. "
Και θυμηθείτε, αυτά τα λέιζερ δεν είναι υψηλής ισχύος zappers. Οι RoboBees δεν θα τα χρησιμοποιήσουν για να χωρίσουν και να κατακτήσουν - μόνο για να πάρουν μια πιο ακριβή εικόνα του κόσμου γύρω τους.
