受大自然启发的飞行游泳和隧道机器人

欧洲研究人员从鸟类、鱼类甚至蠕虫中汲取灵感，正在开发机器来探索地球上人类难以到达的地方。科幻大片《沙丘》中的扑翼机就像一架直升机与蜻蜓交叉。这也难怪为什么。

自从人类想象飞行以来，先驱工程师们就从大自然中汲取灵感。如今，他们正在努力制造能够到达偏远地区以监测环境并收集样本的飞行机器人。

扇动翅膀

例如，洛桑瑞士联邦理工学院的机器人学家RaphaelZufferey博士表示，鸟类是研究设计的绝佳模型。

“它们受益于数百万年的进化，”他说。“所以我们拥有历史上一直在优化的东西。”

祖弗雷领导了一个研究项目，开发带有扑动翅膀的机器人。

该项目名为FAAV，始于两年前，重点开发轻型、价格实惠的飞行器，这些飞行器可以被派往探索河流、湖泊和海洋，监测它们的健康状况并收集数据。

空中-水生扑动机器人既可以飞到僻静的地方，也可以潜水探索火山湖的水下领域。

“对于一个重200克的机器人，你可以将它绑在背包上，走到火山边缘并将其发射到湖中，”祖弗雷说。

他列举了这些机器人助手的其他潜在用途的例子，例如研究珊瑚礁的健康状况、从海洋生物中采集样本进行DNA测试或分析水下沉积物。

起飞测试，游泳成功

祖弗里说，主要的技术挑战是让机器人从水中升空。到目前为止，他的团队在实验室已经取得了一些成功。

“这仍然是一项正在进行的工作，”他说。“但初步结果相当不错。”

研究人员正在研究折叠式和非折叠式机翼，看看哪种效果最好。该团队还设法让机器人从空中入水后以每秒一米的速度游泳——比大多数其他游泳机器人都要快。

“这也是一个非常好的第一个结果，”祖弗里说。“我们能够让机器人游得很好，尽管它最初是为飞行而设计的。”

以这些方式模仿自然并不像看起来那么简单，而且涉及大量的权衡。例如，机器人需要足够轻以便飞行，并且足够密集以便带有传感器进行潜水采样。

在寻找最佳材料组合时，研究人员转向了先进的聚合物和碳纤维——以其良好的强度重量比而闻名。

祖弗里表示，在六个月左右的时间内就有可能制造出能够飞行和游泳的机器人。他估计每件的成本约为350欧元，并表示这对于环境监测等活动来说非常有价值。

地下境界

更进一步，其他研究人员正在设计一种机器人，能够冒险进入具有挑战性的地下场所，包括有水的地方，以提取矿物质。

欧洲约有30,000个已关闭的矿山，但仍蕴藏着对能源和电子等行业至关重要的铬、铜、金、铁和锌等原材料。用机器人以无害环境的方式回收这些材料将避免人类不得不进入危险的地方并减少进口需求。

“合乎逻辑的选择是派遣机器人，”西班牙马德里理工大学的机器人专家克劳迪奥·罗西博士说。“最终的想法是为欧洲提供可持续的国内原材料来源。它们无处不在，包括手机、电脑和汽车。”

他领导的ROBOMINERS项目一直在开发一个受鱼类、昆虫和蠕虫运动启发的原型。

这种无畏的勘探者能够在被淹没的矿井中挖掘隧道，从而能够进行超深采矿和提取矿藏，否则对公司来说不经济，对人类来说也很危险。

罗西表示，该机器人宽约一米，长约三米，尺寸相对较小，挖掘精度高，可以减少浪费，而且比传统机械更环保。这个想法是在车队中使用这种机器人。

鼹鼠般的胡须

该机器人能够自我修复，并通过传感器和人工智能进行操作。

“这个机器人有像鼹鼠一样的胡须，”罗西说。“有了这些，它可以接触墙壁或障碍物，我们可以构建矿井的3D模型。它可以告诉我们这里有一堵墙，这里有一块石头，左边有一条隧道。”

爱沙尼亚和斯洛文尼亚已进行水下钻井试验，机器人的大部分关键部件都经过了约100巴的水压测试。

“这意味着该机器能够在深达1,000米的水下工作，这已经足够了，”罗西说。

罗西表示，虽然该项目将于四年半后于2023年11月30日结束，但仍需要后续工作来完善原型。

他预计，将人工智能集成到机器人中可能还需要三到四年的时间，需要十年的时间才能拥有完全工作的模型，需要二十年的时间才能开始生产。

“我们才刚刚开始，但我们学到了很多东西，”罗西说。

反过来看，FAAV的Zufferey认为其在扑动机器人方面的工作可能对鸟类研究人员有用。

“为什么潜水鸟的翅膀有这么大，为什么它们有这么大的刚性?”他说。“我们可能会去找生物学家说，‘这回答了你的问题。’”