具有鉸接式機(jī)構(gòu)的可壓縮機(jī)器人，靈感來自昆蟲的簡單性。圖片來源：Kaushik Jayaram，動物啟發(fā)運(yùn)動和機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室

作者：Neil Savage 是美國馬薩諸塞州洛厄爾的自由撰稿人。

人類的大腦包含令人印象深刻的860億個神經(jīng)元，但昆蟲的神經(jīng)元卻少得多。蜜蜂用大約100萬個神經(jīng)元管理其所有的復(fù)雜行為，而微小的Megaphragma mymaripenne黃蜂只用不到1萬個神經(jīng)元。研究昆蟲如何執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)讓科學(xué)家們了解到機(jī)器人如何在處理能力有限的情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的行動，并指出要在蒼蠅和蟑螂的規(guī)模上建造它們。

一支空中的、家蠅大小的機(jī)器人隊(duì)伍可能被證明有助于將傳感器送到難以到達(dá)的地方，提供遠(yuǎn)程檢查，例如，管道內(nèi)或從森林樹冠收集數(shù)據(jù)。由于它們的重量，它們在人類周圍使用也應(yīng)該是相對安全的。美國西雅圖華盛頓大學(xué)自主昆蟲機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師Sawyer Fuller說："最重要的是，它們提出了工程師可以借鑒的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。從設(shè)計(jì)受到極端規(guī)模限制的機(jī)器人中可以學(xué)到很多東西。我們將學(xué)習(xí)如何制造高效的航空電子裝置。我們將找出制造機(jī)械的新方法。這將迫使我們成為超小型的。"

自然指數(shù) 2022 人工智能和機(jī)器人技術(shù)

特別是，由于昆蟲規(guī)模的機(jī)器人可能只攜帶約100毫瓦的電力，它們的設(shè)計(jì)正促使研究人員重新思考如何納入智能。美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校負(fù)責(zé)動物啟發(fā)運(yùn)動和機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人學(xué)家Kaushik Jayaram說："昆蟲被認(rèn)為比脊椎動物更簡單，所以也許它們有更簡單的處理或智能機(jī)制。"

一種方法可能是將一些控制決策從處理器轉(zhuǎn)移到機(jī)器人的物理設(shè)計(jì)中，本質(zhì)上是將智能植入身體。例如，富勒正在研究一個需要迎風(fēng)轉(zhuǎn)向的飛行機(jī)器人。傳統(tǒng)的方法是由傳感器檢測風(fēng)向，然后由中央處理器控制機(jī)器的方向。富勒發(fā)現(xiàn)，他可以簡單地在機(jī)器人的后部添加鰭，空氣在它們周圍流動的方式會自動將機(jī)器人轉(zhuǎn)向風(fēng)向，而無需任何額外的傳感器。

模仿昆蟲的感覺系統(tǒng)也可以在不增加動力需求的情況下提高性能。在風(fēng)洞測試中，富勒發(fā)現(xiàn)蒼蠅不僅通過視覺來控制它們的導(dǎo)航，而且還通過風(fēng)對它們觸角的壓力來感知空氣速度。他說，將不同的、低分辨率的傳感器結(jié)合起來，可能比試圖在一個微小的身體上安裝一個復(fù)雜的攝像頭更有效。

然后還有一個機(jī)會，那就是微型機(jī)器人能夠撞上一個物體而不遭受重大損害，因?yàn)橄鄬τ谒鼈兊臋C(jī)械強(qiáng)度，碰撞的力量很小。Jayaram正試圖利用這一原理來模仿蟑螂。蟑螂在接近墻壁時不會放慢速度，而是直接沖向墻壁，并利用力量將身體向上傾斜來爬。賈亞拉姆已經(jīng)在手掌大小的機(jī)器人蟑螂身上展示了類似的能力，他還希望建造一分錢大小的機(jī)器人，憑借其幾何形狀，可以模仿蟑螂折疊身體的方式，擠過小至3毫米的縫隙。

Fuller正在研究飛行機(jī)器人，其大小和大黃蜂差不多，重量和牙簽差不多，翅膀由碳纖維支撐的聚酯薄膜制成。他說，除了自然界激發(fā)的特定功能外，工程師們還可以學(xué)習(xí)以類似于自然界的方式進(jìn)化他們的機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，根據(jù)之前迭代的成功和失敗來調(diào)整每個版本。富勒說，大自然 "同時進(jìn)化了身體和控制系統(tǒng)。在工程學(xué)中，你學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)一個控制系統(tǒng)，或者你學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)一個好的機(jī)器人手臂。但這種同時做這兩件事的學(xué)科并不常見。"

Jayaram也確信，弄清昆蟲如何處理挑戰(zhàn)將為科學(xué)家們指出解決方案。"當(dāng)我們開始建造需要與現(xiàn)實(shí)世界對接的更復(fù)雜的機(jī)器人時，大自然可以成為一個強(qiáng)大的老師。"