Díky malým laserům pro oči mohou roje malých robotických robotů brzy umět opylovat pole plodin, hledat přeživší rozpadlé budovy nebo provádět měření kvality vzduchu na velkých plochách.
V roce 2012 vědci z Harvardské univerzity dělali titulky, když vypustili robotický hmyz, vážili pouze miligramy a sledovali, jak úspěšně létal a přistával; o rok později byla schopna sledovat předem naprogramovanou cestu. Od té doby se RoboBee naučil plavat, ale v jeho schopnostech je stále velká mezera: nemůže účinně vidět.
Vědci z University of Buffalo a University of Florida se to snaží změnit. Karthik Dantu v Buffalu a Sanjeev Koppal na Floridě s pomocí grantu 1, 1 milionu USD od Národní vědecké nadace v průběhu příštích tří let testují způsoby, jak zmenšit technologii používanou v lidaru nebo detekci a rozsah světla, aby poskytly malým dronuje schopnost orientovat se směrem k cíli, aniž by tam byl poháněn lidským operátorem. Byli by jako auto s vlastním pohonem Google, jen tisíckrát menší.
"Pro inteligentní chování jsme potřebovali hloubkový senzor, " říká Koppal. "Když jsme přemýšleli o tom, jaké techniky bychom mohli použít, lidar byl na vrcholu seznamu."
Lidar, vyvinutý v šedesátých letech po vynálezu laseru, funguje stejně jako radar nebo sonar, ale se světlem. Impulzem řady neviditelných paprsků světla do okolního prostoru vytváří lidar podrobný obraz prostředí na základě světla odrazeného zpět na jeho senzory. Lidar může pro zobrazování použít světlo ve viditelných, ultrafialových a infračervených vlnových délkách a kratší vlnové délky umožňují měřit částice tak malé, jako jsou vzdušné aerosoly.
Ale nejmenší komerční lidarový systém váží 830 gramů nebo téměř dvě libry, zatímco robotická včela je pouhých 80 miligramů - lehčí než malá kancelářská sponka. Jinými slovy, vytvoření schopnosti microlidar vyžaduje smršťování na úrovni Ant-Man.
Dantu vysvětluje, že konvenční fotoaparáty nelze použít, protože roboti jsou prostě příliš malí - vnímání hloubky u kamer vyžaduje, aby byly od sebe vzdáleny minimální vzdálenosti, jako oči, a na dronovi prostě není takový prostor. Logickou cestou bylo zachycení a analýza světelných paprsků pro vnímání vzdálenosti a hloubky, protože se spoléhá na shromažďování světla z jakéhokoli směru. Fotoaparáty a zpracování obrazu navíc spotřebovávají velké množství energie, což je na RoboBees také prémií. Přibližně 97 procent celkového rozpočtu energie na palubě robotické včely je spotřebováno letem; výpočetní a snímací systémy bojují s ostatními systémy o zbytky.
Díky grantu Koppal vyvíjí nové lehké senzory a Dantu pracuje na matematických algoritmech, které těmto senzorům pomohou nejlépe využívat data, která shromažďují. Huikai Xie, kolega z Koppalu na Floridě, pracuje na budování potřebných laserových zářičů.
Nejprve vědci použijí zrcadlo se širokoúhlou optikou na dronu ke sběru laserových pulzů ze vzdálené základnové stanice lidaru a doladí správný algoritmus pro senzory s těmito daty. Druhým krokem je připevnění laserové diody na samotný dron, napájený přes tether k základnové stanici nebo baterii. Odtud je konečným cílem dostat to vše interně.
(Microbiotics Lab, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences a Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Microlidar by mohl být použit v endoskopických sondách, nástrojích podobných hůlkám používaných během chirurgického zákroku, které v současné době používají ultrazvuk k vizualizaci vnitřních orgánů a struktur těla. Celé roj robotických včel může monitorovat znečištění ovzduší, počasí nebo dopravní vzorce na velké ploše. Jakákoli disciplína, která v současnosti zaměstnává lidar, by mohla být přínosem, včetně topografického mapování, detekce seismických poruch, identifikace neobjevených ložisek nerostných surovin, architektonického plánování a údržby kanalizace.
Přestože Dantu a Koppal se zaměřují na vytvoření životaschopného lidarového systému postaveného pro dron, právě to, jak budou data shromažďována a zpracovávána, je překážkou, o které často diskutují. Včela nebo roj včel by mohla provádět část zpracování dat sama o sobě, stejně jako hromadně přenášet data prostřednictvím kódovaných pulzů světla do základnové stanice pro hloubkové výpočty.
Michael Olsen, docent geomatiky na Oregonské státní univerzitě, pracuje s lidarem na studii topografie a mapování terénu, pomocí pozemních skenerů se zaměřuje zejména na erozi pobřeží, bezpečnost mostů a zemětřesení. Řekl, že nedostatečná schopnost shromažďovat kompletní sadu dat je jedním z velkých omezení u konvenčních systémů lidar.
"Z důvodu omezení zraku máme nevyhnutelně mezery v našich údajích, " říká Olsen. „Tyto RoboBees by byly potenciálně velmi užitečné, protože by pomohly zaplnit některé z těchto mezer a vytvořit tak ucelenější model. Zmenšení aktivního laserového systému, jako je lidar, je docela výzvou a to, co zde vědci řeší, je zcela nová měřítka. Zní to, jako by přišli s některými velmi zajímavými řešeními omezení výkonu, hmotnosti a velikosti. “
Plně si uvědomil, že roj včelích robotů vybavených mikrolidy by mohl létat kolem stromů v hustém lese, aby lépe zachytil strukturu každého stromu, nebo pod vzpěrami mostu, skenování obtížně proveditelné běžnými technikami.
Zatímco lidar se v současnosti používá pro výzkum a průmyslové aplikace, micolidar by mohl mít mnoho domácích nebo lékařských využití. Lovci domů by mohli mít přístup k úplnému 3D vykreslování domu na prodej a znát přesné rozměry místností, aby naplánovali, jak by se mohl nábytek hodit. Pátrací a záchranné mise se mohly proplést malými prostory uvnitř zhroucených struktur. Domácí systémy mohly detekovat, zda je něco na místě nebo chybí, nebo stupeň, do kterého se Země posunula po sesuvu půdy nebo zemětřesení. A kulturisté nebo ti, kteří hledají hubnutí, by mohli získat pravidelné a podrobné skenování svých těl, aby věděli, jaký je jejich pokrok.
Dantu a Koppal připouštějí, že tyto druhy aplikací jsou v budoucnosti ještě mnoho let, ale že praktická povaha technologie je slibná.
"Pokud na RoboBee můžete něco udělat, můžete to udělat kdekoli, " říká Koppal. „Micolidar by mohl fungovat všude tam, kde se používá běžný lidar. V zemědělství a průmyslu existují nejrůznější aplikace, kde lidé již používají lidar k mapování výrobního závodu nebo farmy. V mnoha případech je menší a levnější prostě lepší. “
A pamatujte, že tyto lasery nejsou vysoce výkonné zappery. RoboBees je nebude používat k rozdělení a dobytí - pouze k získání přesnějšího pohledu na svět kolem nich.
