Dilengkapi dengan laser kecil untuk mata, gerombolan drone robot kecil mungkin tidak lama lagi mampu menopang bidang tanaman, mencari bangunan runtuh untuk selamat atau mengambil pengukuran kualitas udara di kawasan yang luas.
Pada tahun 2012, para penyelidik di Universiti Harvard menjadi tajuk utama apabila mereka melancarkan serangga robotik, hanya seberat miligram, dan menonton kerana ia berjaya terbang dan mendarat; setahun kemudian, ia dapat mengikuti jalan pra-program. Sejak itu, RoboBee telah belajar bagaimana untuk berenang, tetapi masih terdapat jurang yang besar dalam kebolehannya: ia tidak boleh dilihat secara berkesan.
Penyelidik di University of Buffalo dan University of Florida berusaha untuk mengubahnya. Dalam tempoh tiga tahun akan datang, dengan bantuan geran $ 1.1 juta daripada Yayasan Sains Nasional, Karthik Dantu di Buffalo dan Sanjeev Koppal di Florida sedang menguji cara untuk mengecilkan teknologi yang digunakan dalam lidar, atau pengesanan cahaya dan berkisar, untuk memberi sedikit drone keupayaan untuk menavigasi diri ke arah matlamat tanpa didorong oleh operator manusia. Mereka akan menjadi seperti kereta memandu sendiri Google, hanya beribu kali lebih kecil.
"Kami memerlukan sensor kedalaman untuk tingkah laku pintar, " kata Koppal. "Apabila kami memikirkan jenis teknik yang boleh kami gunakan, lidar berada di bahagian atas senarai."
Dibangunkan pada 1960-an selepas penciptaan laser, lidar berfungsi seperti radar atau sonar, tetapi dengan cahaya. Dengan menghidupkan siri rasuk yang tidak kelihatan cahaya keluar ke kawasan sekitarnya, lidar mencipta gambaran terperinci mengenai alam sekitar berdasarkan cahaya yang dipantulkan kembali kepada sensornya. Lidar boleh menggunakan cahaya dalam panjang gelombang ultraviolet dan jarak dekat inframerah untuk pencitraan, dan panjang gelombang yang lebih pendek memungkinkan untuk mengukur zarah-zarah yang kecil seperti aerosol udara.
Tetapi sistem lidar komersil terkecil mempunyai berat 830 gram, atau hampir dua pon, sementara lebah robotik hanya 80 miligram-lebih ringan daripada klip kertas kecil. Dengan kata lain, mewujudkan keupayaan microlidar memerlukan pengecutan tahap Ant-Man.
Kamera konvensional tidak boleh digunakan, Dantu menerangkan, kerana robot hanya terlalu kecil persepsi dengan kamera memerlukan mereka jarak jauh jarak selain, seperti mata, dan tidak hanya itu jenis ruangan pada drone. Menangkap dan menganalisis rasuk cahaya untuk merasakan jarak dan kedalaman adalah laluan yang logik, kerana ia bergantung pada pengumpulan cahaya dari sebarang arah. Tambahan pula, kamera dan pemprosesan imej menggunakan banyak kuasa, yang juga pada premium pada RoboBees. Sekitar 97 peratus daripada jumlah anggaran kuasa di atas lebah robot digunakan oleh penerbangan; sistem pengkomputeran dan penderiaan dapat bertarung dengan sistem lain untuk sisa makanan.
Dengan pemberian itu, Koppal sedang merekabentuk sensor ringan baru, dan Dantu sedang mengusahakan algoritma matematik untuk membantu pengesan menggunakan data yang mereka kumpulkan. Seorang rakan sekerja Koppal di Florida, Huikai Xie, sedang berusaha membina pemancar laser yang diperlukan.
Pertama, para penyelidik akan menggunakan cermin dengan optik sudut lebar pada drone untuk mengumpul denyut laser dari stesen pangkalan lidar terpencil, dan menyempurnakan algoritma yang tepat untuk sensor dengan data tersebut. Langkah kedua adalah untuk memasang dioda laser pada drone itu sendiri, dikuasakan melalui tether ke stesen pangkalan atau bateri. Dari sana, matlamat utama adalah untuk mendapatkannya secara dalaman.
(Makmal Mikrobiotik, Harvard John A. Paulson Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan dan Institut Wyss untuk Kejuruteraan Biologi Diilhamkan) Microlidar boleh digunakan dalam probe endoskopik, alat seperti tongkat yang digunakan semasa pembedahan yang kini menggunakan ultrasound untuk menggambarkan organ dalaman dan struktur badan. Sekumpulan robot lebah boleh memantau pencemaran udara, cuaca atau corak lalu lintas di kawasan yang luas. Mana-mana disiplin yang sedang digunakan lidar boleh memberi manfaat, termasuk pemetaan topografi, pengesanan kesilapan seismik, pengenalan deposit mineral yang tidak ditemui, perancangan seni bina dan penyelenggaraan pembetung.
Walaupun Dantu dan Koppal memberi tumpuan kepada mendapatkan sistem lidar berdaya maju yang dibina untuk drone, betapa data yang akan dikumpulkan dan diproses merupakan halangan yang mereka sering bincangkan. Lebah lebah atau kawanan lebah boleh melakukan sebahagian daripada pemprosesan data sendiri, serta secara kolektif memancarkan data melalui denyut-denyut lampu cahaya ke stesen pangkalan untuk pengkomputeran yang mendalam.
Michael Olsen, profesor geomatik bersekutu di Oregon State University, bekerja dengan lidar untuk mengkaji topografi dan pemetaan rupa bumi, menggunakan pengimbas berasaskan darat untuk melihat hakisan pantai, keselamatan jambatan dan kejuruteraan gempa bumi. Beliau berkata kekurangan keupayaan untuk mengumpul set data lengkap adalah satu kekangan yang besar dengan sistem lidar konvensional.
"Kami tidak dapat tidak mempunyai jurang dalam data kami disebabkan oleh kekangan penglihatan, " kata Olsen. "RoboBees ini mungkin sangat berguna untuk membantu mengisi beberapa jurang ini untuk menghasilkan model yang lebih lengkap. Pengurangan sistem laser yang aktif, seperti lidar, agak mencabar, dan apa yang ditangani penyelidik di sini adalah skala yang baru. Kedengarannya mereka datang dengan beberapa penyelesaian yang sangat menarik untuk kuasa, berat dan kekangan saiz. "
Sepenuhnya menyedari, sekumpulan dron lebah yang dilengkapi microlidar boleh terbang di sekitar pokok-pokok di hutan yang padat untuk menangkap struktur setiap pokok, atau naik di bawah jambatan jambatan, mengimbas sukar untuk membuat teknik konvensional.
Walaupun lidar kini digunakan untuk penyelidikan dan aplikasi industri, microlidar boleh mempunyai banyak rumah atau kegunaan perubatan. Pemburu rumah boleh mempunyai akses kepada penyediaan 3D penuh rumah untuk dijual dan mengetahui dimensi yang tepat dari bilik untuk merancang bagaimana perabotnya sesuai. Misi mencari dan menyelamat boleh menyisir melalui ruang kecil dalam struktur runtuh. Sistem berasaskan rumah boleh mengesan sama ada sesuatu tidak wujud atau hilang, atau sejauh mana bumi telah beralih selepas tanah runtuh atau gempa bumi. Dan pembina badan atau pencari berat badan boleh mendapatkan imbasan teratur dan terperinci badan mereka untuk mengetahui tahap kemajuan mereka.
Dantu dan Koppal mengakui bahawa jenis aplikasi ini masih banyak tahun pada masa akan datang, tetapi sifat praktikal teknologi itu menjanjikan.
"Jika anda boleh melakukan sesuatu di RoboBee, anda boleh melakukannya di mana-mana sahaja, " kata Koppal. "Microlidar boleh berfungsi di mana sahaja lipar biasa digunakan. Terdapat semua jenis aplikasi dalam bidang pertanian dan industri di mana orang sudah menggunakan lidar untuk memetakan lantai kilang atau ladang. Dalam banyak kes, lebih kecil dan lebih murah adalah lebih baik. "
Dan ingatlah, laser ini bukan zappers berkuasa tinggi. RoboBees tidak akan menggunakan mereka untuk membahagikan dan menakluk-hanya untuk mendapatkan pandangan yang lebih tepat tentang dunia di sekeliling mereka.
