机器人蜜蜂可以从殖民地崩溃症中解脱出来

美国的农业部门面临前所未有的危机。原生蜜蜂是动物王国中最多产的传粉者之一，它以前所未有的速度从殖民地崩溃症(CCD)中消失， 并威胁着价值约150亿美元的生态系统服务。

在美国国家科学基金会(NSF)的支持下，RoboBees项目旨在通过可以模仿蜜蜂授粉作用的新型微型机来最大限度地减少这一关键资源的流失。但是，在这些机器人能够飞向天空之前，该项目需要克服许多挑战。

RoboBee是一款受蜜蜂生物学启发的微型机器人。在一次非凡的仿生展示中，科学家开发出了一种能够飞行的机器人，其尺寸仅为回形针的一半 ，重量只有十分之一克。

“这是一个概念证明 - 没有什么可比的。日本筑波国立先进工业科学研究所的化学家Eijiro Miyako在“ 科学美国人 ”杂志上发表的一篇文章中说，这是一次完全首次的演示。

RoboBees项目突破了各个领域的研究范围，从微制造到能量存储，甚至是通过群控制机器人的计算机算法。

受控飞行

2012年，哈佛科学家展示了昆虫级机器人的首次可控飞行，预示着这些原型机器人的第一次重大突破和概念验证。RoboBee使用压电致动器实现飞行，压电致动器是在提供电流时膨胀和收缩的小条陶瓷材料，模仿肌肉组织。机翼独立运行，允许控制飞行 - 对于重量小于实际蜜蜂的机器人来说，这是一项奇迹般的成就。

制造业的突破

RoboBee的重量和尺寸成就归功于采用“弹出式微电子机械(MEM)技术”的新型微型制造方法。弹出式MEM可为RoboBees提供前所未有的规模，并为进一步开发打开了大门。

近期发展

哈佛的最新一代RoboBees正在掀起波澜。下一代RoboBee的最大突破是在2015年宣布的，当时开发了允许小型机器人在水下游泳的新算法。这些算法允许科学家以新的方式控制RoboBees的翅膀并引导微型机器人通过水。在这里，科学家们在观察海豚在潜水过程中用翅膀在水中航行的方式后再次从大自然借来。

科学家们也在寻求克服能源使用的挑战，这是RoboBees发展的最大障碍。在 2016年5月发表在“ 科学”杂志上的一篇文章 中，科学家们描述了一种新的节能方法，它可以通过更强大，更高效的机翼系统实现，使RoboBee能够承受更多的重量。

来自哈佛大学和其他顶尖大学的这些科学家研究了大多数鸟类和昆虫的栖息行为，为RoboBees提供下一次升级：小泡沫帽。帽子位于微型机器人结构的顶部，提供静电粘附平台，使RoboBees几乎可以在任何表面上栖息以节省能量。泡沫帽增加了几克重量，但它们允许RoboBee在飞行中“休息”，大大增加了它的潜在运行时间。

“许多不同的动物都使用栖息来节约能量，但是它们用于栖息的方法，如粘性粘合剂或用爪子锁定，不适合用于回形针尺寸的微型机器人，”Kevin Ma说道，他正在做他的博士后工作。哈佛大学John Paulson工程与应用科学学院和Wyss研究所的合着者和该论文合着。

仿生学再次为机器人的巧妙，低功率栖息能力提供了灵感，哈佛在叶子表面展示了这种能力。在栖息时，RoboBee使用悬停时使用的1/1000的功率。

接下来的重要步骤

虽然最近蜜蜂种群数量有所增加，但疾病，杀虫剂和CCD仍然让科学家们比以往更加努力地将RoboBee从概念转变为现实。在自己的力量下操作并作为蜂巢进行通信的能力仍然是微型机器人的两大障碍。

板载电池系统

直到现在，RoboBees一直使用微电线操作，将电能传递给蜜蜂的肌肉。过渡到车载电池需要更大的重量和更小的电源。两者目前都在开发中，马云希望突破即将来临。

“一旦机器人可以自己保持高空，我们就会做一些事情，比如允许它执行任务，增加电池寿命，让它飞得更快，”Ma告诉 VentureBeat。

无线通信

在蜂箱中，蜜蜂使用复杂的“舞蹈”来指示潜在的花蜜来源的方向和距离。伴随着信息素的释放和花朵本身的气味，蜜蜂能够对单一花种进行超聚焦，收获花蜜，同时为它们拦截的每朵花授粉。

在过去几年中，物联网(IoT)已经连接了越来越多的设备，允许它们在没有持续的人为输入的情况下进行交互。虽然很难说物联网是否会帮助RoboBees在未来几年内协同工作，但类似的蜂巢能力对于他们的发展至关重要，并代表了哈佛团队的下一个重大任务。

虽然单个机器人的效果可能微乎其微，但数百，数千或数百万RoboBees的协调组可以执行许多前所未有的任务。除了用于农业目的的授粉植物之外，RoboBees还可以协调数字地图地形，监测天气状况，甚至通过数据收集协助灾后的救援工作。虽然RoboBees只是作为蜜蜂损失的权宜之计，但该技术的潜在应用让世界为下一次突破而屏住呼吸。