Wyposażone w małe lasery do oczu roje drobnych robotów dronów mogą wkrótce być w stanie zapylić pola uprawne, przeszukać zniszczone budynki w poszukiwaniu ocalałych lub dokonać pomiarów jakości powietrza na dużych obszarach.
W 2012 r. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda pojawili się na pierwszych stronach gazet, kiedy wypuścili robota-owada ważącego zaledwie miligramy i obserwowali, jak z powodzeniem lata i ląduje; rok później był w stanie podążać zaprogramowaną ścieżką. Od tego czasu RoboBee nauczył się pływać, ale jego umiejętności wciąż są duże: nie widzi skutecznie.
Naukowcy z University of Buffalo i University of Florida pracują, aby to zmienić. W ciągu następnych trzech lat, dzięki dotacji w wysokości 1, 1 miliona dolarów z National Science Foundation, Karthik Dantu w Buffalo i Sanjeev Koppal na Florydzie testują sposoby zmniejszenia technologii stosowanej w lidar lub wykrywania światła i określania odległości, aby dać mały drony umiejętność nawigowania w kierunku celu bez kierowania nim przez człowieka. Byłyby jak samobieżny samochód Google, tylko tysiące razy mniejszy.
„Potrzebowaliśmy czujnika głębokości do inteligentnego zachowania”, mówi Koppal. „Kiedy zastanawialiśmy się, jakiego rodzaju technik moglibyśmy użyć, lidar znalazł się na szczycie listy.”
Lidar, opracowany w latach sześćdziesiątych po wynalezieniu lasera, działa jak radar lub sonar, ale ze światłem. Poprzez pulsowanie serii niewidzialnych wiązek światła na zewnątrz, lidar tworzy szczegółowy obraz otoczenia na podstawie światła odbijanego z powrotem do jego czujników. Lidar może wykorzystywać światło w zakresie długości fal widzialnych, ultrafioletowych i bliskiej podczerwieni do obrazowania, a krótsze długości fali umożliwiają pomiar cząstek tak małych jak aerozole w powietrzu.
Ale najmniejszy komercyjny system lidar waży 830 gramów, czyli prawie dwa funty, podczas gdy robotyczna pszczoła ma zaledwie 80 miligramów - jest lżejsza niż mały spinacz do papieru. Innymi słowy, tworzenie zdolności mikrolidarnej wymaga kurczenia się poziomu Ant-Mana.
Dantu wyjaśnia, że nie można używać konwencjonalnych kamer, ponieważ roboty są po prostu zbyt małe - percepcja głębokości za pomocą kamer wymaga, aby były one rozmieszczone w minimalnej odległości od siebie, podobnie jak oczy, i po prostu nie ma tego rodzaju przestrzeni na dronie. Logiczne było przechwytywanie i analizowanie wiązek światła w celu określenia odległości i głębokości, ponieważ polega ono na zbieraniu światła z dowolnego kierunku. Ponadto aparaty fotograficzne i przetwarzanie obrazu zużywają dużo energii, co również jest cenne w RoboBees. Około 97 procent całkowitego budżetu mocy na pokładzie pszczoły robota jest zużywane przez lot; systemy obliczeniowe i wykrywające walczą z innymi systemami o resztki.
Dzięki dotacji Koppal projektuje nowe lekkie czujniki, a Dantu pracuje nad algorytmami matematycznymi, aby pomóc tym czujnikom najlepiej wykorzystać zgromadzone dane. Huikai Xie, kolega z firmy Koppal na Florydzie, pracuje nad zbudowaniem niezbędnych emiterów laserowych.
Po pierwsze, naukowcy wykorzystają dron z lustrem z szerokokątną optyką do zbierania impulsów laserowych ze zdalnej stacji bazowej lidar i dostrajają odpowiedni algorytm dla czujników z tymi danymi. Drugim krokiem jest zamontowanie diody laserowej na samym dronie, zasilanej za pomocą tetheringu do stacji bazowej lub akumulatora. Stamtąd ostatecznym celem jest doprowadzenie do wewnętrznego zasilania.
(Microbiotics Lab, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences i Wyss Institute for Biologically Inspirated Engineering) Mikrolidar może być stosowany w sondach endoskopowych, narzędziach różdżkowych używanych podczas operacji, które obecnie wykorzystują ultradźwięki do wizualizacji narządów wewnętrznych i struktur ciała. Cały rój robotycznych pszczół mógł monitorować zanieczyszczenie powietrza, pogodę lub wzorce ruchu na dużym obszarze. Każda dyscyplina, która obecnie stosuje lidar, mogłaby potencjalnie skorzystać, w tym mapowanie topograficzne, wykrywanie uszkodzeń sejsmicznych, identyfikacja nieodkrytych złóż mineralnych, planowanie architektoniczne i utrzymanie kanałów.
Chociaż Dantu i Koppal koncentrują się na stworzeniu opłacalnego systemu lidarowego zbudowanego dla drona, to właśnie kwestia gromadzenia i przetwarzania danych jest przeszkodą, o której często dyskutują. Pszczoła lub rój pszczół może samodzielnie przetwarzać pewną część danych, a także przesyłać zbiorczo dane za pomocą zakodowanych impulsów światła do stacji bazowej w celu przeprowadzenia dogłębnych obliczeń.
Michael Olsen, profesor geomatyki na Oregon State University, współpracuje z lidar nad badaniem topografii i mapowania terenu, używając głównie skanerów naziemnych do badania erozji wybrzeży, bezpieczeństwa mostów i inżynierii trzęsień ziemi. Mówi, że brak możliwości zebrania pełnego zestawu danych jest jednym dużym ograniczeniem w przypadku konwencjonalnych systemów lidar.
„Nieuchronnie mamy luki w naszych danych z powodu ograniczeń linii wzroku”, mówi Olsen. „Te RoboBees byłyby potencjalnie bardzo przydatne do wypełnienia niektórych z tych luk w celu stworzenia bardziej kompletnego modelu. Zmniejszenie rozmiaru aktywnego systemu laserowego, takiego jak lidar, jest sporym wyzwaniem, a badacze tutaj zajmują się zupełnie nową skalą. Wygląda na to, że opracowali bardzo interesujące rozwiązania dotyczące ograniczenia mocy, wagi i rozmiarów. ”
W pełni zrealizowany rój pszczół wyposażonych w mikrolidar mógł latać wokół drzew w gęstym lesie, aby lepiej uchwycić strukturę każdego drzewa lub pod rozpórkami mostu, skany trudne do wykonania przy użyciu konwencjonalnych technik.
Podczas gdy lidar jest obecnie używany do badań i zastosowań przemysłowych, mikrolidar może mieć wiele zastosowań domowych lub medycznych. Łowcy domów mogą mieć dostęp do pełnego renderowania 3D domu na sprzedaż i znać dokładne wymiary pokoi, aby zaplanować, jak mogą pasować meble. Misje poszukiwawcze i ratownicze mogą przeczesywać małe przestrzenie w zawalonych strukturach. Domowe systemy mogą wykryć, czy coś jest nie na miejscu, czy brakuje, lub stopień, w jakim Ziemia zmieniła się po osunięciu się ziemi lub trzęsieniu ziemi. Kulturyści i osoby odchudzające się mogą regularnie i szczegółowo skanować swoje ciała, aby poznać zakres ich postępów.
Dantu i Koppal przyznają, że tego rodzaju aplikacje są jeszcze wiele lat w przyszłości, ale praktyczny charakter technologii jest obiecujący.
„Jeśli możesz coś zrobić w RoboBee, możesz to zrobić w dowolnym miejscu”, mówi Koppal. „Microlidar może działać wszędzie tam, gdzie używany jest zwykły lidar. Istnieją różne rodzaje zastosowań w rolnictwie i przemyśle, w których ludzie już używają lidar do mapowania hali produkcyjnej lub gospodarstwa. W wielu przypadkach mniejsze i tańsze są po prostu lepsze. ”
I pamiętaj, że te lasery nie są zappersami o dużej mocy. RoboBees nie będzie ich używał do dzielenia i podbijania - tylko w celu uzyskania dokładniejszego obrazu otaczającego ich świata.
