Pienillä silmälaserilla varustetut pienennettävien robottiheronien parvat voivat pian pystyä pölyttämään kasvustoja, etsimään romahtuneita rakennuksia eloonjääneille tai ottamaan ilmanlaadun mittauksia suurilla alueilla.
Vuonna 2012 Harvardin yliopiston tutkijat kirjoittivat otsikoita, kun he laukaisivat vain milligrammaa painavan robottihyönteisen ja katsoivat sen onnistuneesti lentäneen ja laskeutuneen; Vuotta myöhemmin se pystyi seuraamaan ennalta ohjelmoitua polkua. Siitä lähtien RoboBee on oppinut uimaan, mutta sen kyvyissä on edelleen suuri aukko: se ei näe tehokkaasti.
Buffalon yliopiston ja Floridan yliopiston tutkijat pyrkivät muuttamaan sitä. Seuraavan kolmen vuoden aikana National Science Foundation -säätiön 1, 1 miljoonan dollarin avustuksella Karthik Dantu Buffalossa ja Sanjeev Koppal Floridassa kokeilevat tapoja pienentää lidarissa käytettyä tekniikkaa tai valon havaitsemista ja asteikkoa antaakseen pienelle droonit kyky navigoida kohti tavoitetta ilman, että ihminen ajaa sinne. Ne olisivat kuin Googlen itse ajava auto, vain tuhansia kertoja pienempiä.
"Tarvitsimme syvyysanturin älykkääseen käyttäytymiseen", Koppal sanoo. "Kun mietimme, millaisia tekniikoita voisimme käyttää, lidar oli luettelon kärjessä."
Lidar, joka kehitettiin 1960-luvulla laserin keksimisen jälkeen, toimii samoin kuin tutka tai sonari, mutta valolla. Hiertämällä sarjaa näkymättömiä valonsäteitä ympäröivään alueeseen, lidar luo yksityiskohtaisen kuvan ympäristöstä, joka perustuu anturiinsa palautuneeseen valoon. Lidar voi käyttää valoa kuvantamisessa näkyvissä, ultravioletti- ja lähellä infrapuna-aallonpituuksissa, ja lyhyemmät aallonpituudet antavat mahdollisuuden mitata hiukkasia niin pieniä kuin ilmassa olevat aerosolit.
Mutta pienin kaupallinen lidar-järjestelmä painaa 830 grammaa eli melkein kaksi kiloa, kun taas robotti mehiläinen on vain 80 milligrammaa - kevyempi kuin pieni paperiliitin. Toisin sanoen mikrolyhdytyskyvyn luominen vaatii Ant-Man -tason kutistumisen.
Perinteisiä kameroita ei voitu käyttää, Dantu selittää, koska robotit ovat aivan liian pieniä - syvyyshavainto kameroiden kanssa edellyttää, että niiden etäisyys toisistaan, kuten silmät, on sijoitettu minimiin, ja droonissa ei vain ole sellaista tilaa. Valonsäteiden kaappaaminen ja analysointi etäisyyden ja syvyyden havaitsemiseksi oli looginen polku, koska se perustuu valon keräämiseen mistä tahansa suunnasta. Lisäksi kamerat ja kuvankäsittely kuluttavat paljon voimaa, mikä on myös RoboBeesin huippuluokkaa. Noin 97 prosenttia robotti mehiläisen kokonaisvirran budjetista kuluu lennolla; tietojenkäsittely- ja tunnistusjärjestelmät taistelevat muiden järjestelmien kanssa jäämistä.
Apurahan myötä Koppal suunnittelee uusia kevyitä antureita, ja Dantu työskentelee matemaattisten algoritmien parissa, jotta anturit voisivat parhaiten käyttää keräämäänsä tietoa. Kolpal Floridassa sijaitsevan Koppalin kollegan Huikai Xien kanssa rakennetaan tarvittavia lasersäteilijöitä.
Ensinnäkin tutkijat käyttävät laajakulmaoptiikalla varustettua peiliä droonissa kerätäkseen laserpulssit etäpiirin lidar-tukiasemalta ja hienosäätääkseen anturien oikean algoritmin kyseisellä tiedolla. Toinen vaihe on asentaa laserdiodi itse drooniin, jota saa virran kautta tukiasemalle tai akulle. Sieltä lopullinen päämäärä on saada kaikki sisäisesti virtansa.
(Microbiotics Lab, Harvard John A. Paulson -tekniikan korkeakoulu ja Wyss-instituutti biologisesti inspiroidulle tekniikalle) Microlidaria voitaisiin käyttää endoskooppisissa koettimissa, leikkauksen aikana käytetyissä sauvankaltaisissa työkaluissa, joissa nykyisin käytetään ultraääntä sisäelinten ja kehon rakenteiden visualisoimiseksi. Koko pari robotti mehiläisiä voisi seurata ilman saastumista, sää- tai liikennekuvioita suurella alueella. Jokainen tiedekunta, jossa nykyään käytetään lidaria, voi olla hyötyä, mukaan lukien topografinen kartoitus, seismisten vikojen havaitseminen, löytömättömien mineraaliesiintymien tunnistaminen, arkkitehtisuunnittelu ja viemärihuolto.
Vaikka Dantu ja Koppal keskittyvät droonille rakennettavan elinkelpoisen lidar-järjestelmän hankkimiseen, tietojen kerääminen ja käsittely on vain este, jota he keskustelevat usein. Mehiläinen tai mehiläisparvi voisi suorittaa jonkin osan tietojenkäsittelystä yksinään, samoin kuin siirtää kollektiivisesti dataa koodattujen valoimpulssien kautta tukiasemaan syvällistä laskentaa varten.
Oregonin osavaltion yliopiston geomaattisten yksiköiden apulaisprofessori Michael Olsen työskentelee lidarin kanssa topografian ja maaston kartoittamisen avulla. Pääasiassa maanpäällisillä skannerilla tarkastellaan rannikkoerosioita, siltojen turvallisuutta ja maanjäristyksen suunnittelua. Hänen mukaansa kyvyttömyys kerätä täydellistä tietojoukkoa on iso haitta tavanomaisille lidar-järjestelmille.
"Meillä on väistämättä aukkoja näkörajojen rajoitusten takia", Olsen sanoo. ”Nämä RoboBee-tuotteet voisivat olla erittäin hyödyllisiä autettaessa täyttämään joitain näistä aukoista täydellisemmän mallin tuottamiseksi. Aktiivisen lasersysteemin, kuten lidarin, pienentäminen on melko haaste, ja tutkijat käsittelevät tässä aivan uutta mittakaavaa. Kuulostaa siltä, että he ovat keksineet erittäin mielenkiintoisia ratkaisuja teho-, paino- ja kokorajoituksiin. ”
Täysin ymmärrettynä, mikrolääkelaitteella varustetut mehiläisten droonit pystyivät lentämään tiheässä metsässä olevien puiden ympärillä kunkin puun rakenteen paremmaksi havaitsemiseksi tai sillan tukien alle, skannaamaan vaikeasti tavanomaisilla tekniikoilla.
Vaikka lidaria käytetään tällä hetkellä tutkimukseen ja teollisiin sovelluksiin, mikroliuosella voi olla monia kotikäyttöön tai lääketieteellisiin tarkoituksiin. Talonmetsästäjillä voisi olla pääsy myytävän kodin täysimittaiseen 3D-renderointiin ja tietää huoneiden tarkat mitat suunnitellakseen huonekalujen sopivuutta. Etsintä- ja pelastustehtävät voisivat kammata pienten tilojen läpi romahtuneiden rakenteiden sisällä. Kotipohjaiset järjestelmät voisivat havaita, onko jokin paikallaan vai puuttuuko tai missä määrin maa on muuttunut maanvyöryn tai maanjäristyksen jälkeen. Ja kehonrakentajat tai painonpudottajat voivat saada säännöllisiä ja yksityiskohtaisia tarkistuksia kehostaan saadakseen tietää edistymisen laajuuden.
Dantu ja Koppal myöntävät, että tällaisia sovelluksia on vielä useita vuosia tulevaisuudessa, mutta tekniikan käytännöllisyys on lupaava.
"Jos voit tehdä jotain RoboBee-laitteella, voit tehdä sen missä tahansa", Koppal sanoo. ”Microlidar voisi toimia missä tavallista lidaria käytetään. Maataloudessa ja teollisuudessa on kaikenlaisia sovelluksia, joissa ihmiset jo käyttävät lidaria tehdaslattian tai maatilan kartoittamiseen. Monissa tapauksissa pienempi ja halvempi on vain parempi. "
Ja muista, että nämä laserit eivät ole suuritehoisia vetoketjuja. RoboBees ei käytä niitä jakamiseen ja valloittamiseen - vain saadaksesi tarkemman kuvan ympäröivästä maailmasta.
