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南加州大学研究人员开发了四个翅膀的全新微型

发布时间:2019-12-04 06:13编辑:新闻中心浏览(105)

    来自洛杉矶南加州大学的一组工程师制造了一个名为“蜜蜂”的四翼飞行机器人,它的重量只有95克,其实这不是第一次有类似的研究,哈佛研究人员在2013年也创造出一种叫做RoboBee的微型飞行机器人,它的重量只有75克。

    硅谷Live /实地探访/热点探秘/ 深度探讨

    视频来源 / 《自然》译 / 魏昕宇编写 / 小贝

    南加州大学的研究人员致力于解决微型昆虫机器人的最后一个问题,即稳定性,他们再次从昆虫世界中汲取灵感。南加州大学的研究小组表示,为了能够增加偏航控制,蜜蜂机器人确实需要四个翅膀,就像真正的昆虫一样,但这有可能增加机器人的重量。机器人身上的驱动器已经占到了80毫克总量的50毫克,再加上两个翅膀会使微型蜜蜂机器人太重而不能飞行。

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    mg娱乐游戏平台,本周的科技前沿又跟大家见面啦!除了美国各高校在癌症、抑郁症等方面展开了新的研究之外,硅谷大公司在语音翻译、量子计算机方面也有新的进展。大家赶紧来看!

    视频时长2分25秒,请在WiFi处观看。

    所以,南加州大学的团队制造了更轻、更好的执行器。之前的机器人采用双晶片驱动器,由三层组成。两个外压电层通过一个信号交替收缩,从而前后弯曲内层,从而像昆虫翅膀一样拍打。相比之下,USC团队创建了单变形驱动器。它们仅使用一条压电材料,它来回移动无源层。由此产生的飞行控制改进意味着现在的蜜蜂机器人能够沿着路径行进并避开障碍物。而且因为这些单压电晶片执行器更简单,所以它们的制造成本也更低。

    但是RoboBee的特点是它只有两个翅膀,这使得它的飞行变得非常不稳定,而且不受控制。四翼可以为蜜蜂提供非凡的稳定性和速度。

    美国高校

    在一些科幻电影中,我们经常可以看到一些尺寸很小的飞行机器人。如同蜻蜓一般,小巧、轻便且可以自由控制高度。

    USC团队研发的单变形驱动器的重量是双形驱动器的一半,这意味着即使有四个33毫米长的翅膀,新款蜜蜂机器人的重量也只有95毫克。而且,由于整个机器人的负载分布在四个翅膀上,而不是两个翅膀上,所以新款蜜蜂机器人的耐久性和预期寿命预计要比之前2个翅膀的机器人要长得多。

    蜜蜂机器人团队面临的最大挑战是未来如何将翅膀的数量增加到六个。研究人员提出了一种新的“成形”设计,这种设计依赖于一种单一的压电材料,当电流通过它时,压电材料就会膨胀和收缩,从而使机构的重量减半。

    MIT:用纳米抗体追踪肿瘤及其转移

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    RoboBee和蜜蜂都有一个巨大的缺点:从技术上讲,它们不是无人机,因为它们依靠绳索作为能源。但是一旦电池技术有了迅猛发展,蜜蜂总有一天可以独自飞行,潜入任何区域。

    癌症转移,是造成全球癌症死亡的主要原因。近日,来自MIT Koch Institute的研究人员描述了一种将细胞外基质周围的结构作为靶子,靶向肿瘤和转移灶的新方法。

    事实上,虽然科学家们一直在从我们的这些六条腿的朋友中汲取灵感,试图开发出同样大小的会飞行的机器人,但这是非常困难的。

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    MIT癌症研究教授 Richard Hynes 表示,与之前科学家们专注于肿瘤本身的尝试不同,癌细胞容易突变,拿它们当作靶标,往往很快就失去了目标。这些 ECM 蛋白在癌症发展过程中不会发生变异,因此依然能攻击转移后的癌细胞。

    因为当机器人的尺寸减小到昆虫的尺度时,要想让机器人产生足够的推力以带动自身的动力来源是很难的。

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    但并不是没有希望,最近就有一种新的机器人被发明了出来,这就是RoboBee X-Wing。

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    为此,研究人员开发了一种纳米抗体。当研究人员把抗体注入患有癌症的小鼠,并用PET/CT成像扫描小鼠时,发现肿瘤和转移灶清晰可见。也就是说,通过这种方式,纳米抗体可用于帮助对肿瘤和转移瘤进行追踪成像。

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    接下来,研究人员将进一步开展纳米抗体治疗肿瘤和转移的技术。

    它的翼展只有3.5厘米,重量只有一枚曲别针的大约四分之一,就和蚊子一样的大小。这是一个很振奋人心的发明。

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    不过,这样尺寸的机器人身上绑一个电池简直太重了,所以需要找到合适的供电设备。因此研究人员使用了超级轻薄的太阳能电池。

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    佛蒙特大学:AI“听音”辨别儿童抑郁

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    近日,佛蒙特大学一个研究团队开发了一种机器学习算法,可以检测儿童言语模式中的焦虑和抑郁迹象,借此快速诊断出儿童难以发现和常被忽视的精神疾病。

    太阳能电池产生电能,将其传送给控制面板,后者操作一对压电材料制成的驱动器。

    在开发过程中,研究团队邀请了71名3-8岁的儿童,并对他们使用了一种被称为“特里尔社会应激测试”(Trier-Social Stress Task)的情绪诱导测试法,旨在引起受试者的压力和焦虑感。接着,研究人员也用结构化的临床访谈和父母问卷调查对孩子进行诊断。

    压电材料是一种智能材料,在被施加电压时会收缩,工作原理有点像肌肉。

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    通过把两块压电材料做成的驱动器压在一起,它们会前后弯曲,拍动机器人的翅膀。就像蜻蜓一样,机器人便可以进行飞行了。

    最后,研究人员使用机器学习算法分析每个孩子故事录音的统计特征。他们发现算法在诊断方面非常成功。该算法能识别出诊断为内化行为障碍症的儿童,准确率为80%,而且在大多数情况下,与父母检查表的准确性相比效果更好。

    mg娱乐游戏平台 12研究人员很兴奋的做了实验,结果是,这个意义深远的飞行器飞了不到一秒就掉了下来,而且需要的能量是太阳光的两倍多。" style="width:60%;margin:1rem auto">

    研究团队的下一步计划,是把这个语音分析算法变成一款可供临床使用的通用筛查工具,也可能会以手机APP的形式呈现。

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    {"type":1,"value":"而且,这一机器人仍然有许多有待改进的空间,它们翅膀的空气动力特性还不如真实的昆虫翅膀那样有效率。

    当然,要想模仿装在昆虫微小紧凑的大脑中的控制系统,RoboBee X-Wing更是有很长的路要走。

    南加大:小型四翼飞行机器人仿真昆虫飞行

    但这一模型能够产生超过自身需要的推力。要知道在未来,额外的推力可以被用来运送控制系统、传感器、甚至某些种类的电池等。

    为什么大部分的昆虫都是高水准而且灵活的飞行者呢?一个原因是比起飞机,它们大多都有四个翅膀,可以更好的控制飞行方向和角度。

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    有史以来最小的飞行机器之一,被称为RoboBee。它由两个扇形翼推动,每个翅膀由其自身的微型制动器独立供电。事实上,由于这些微型制动器的开发,RoboBee这样的小型飞行器才成为可能。

    所以我们期待,有朝一日,这些微型机器昆虫能够实现连续的户外飞行,并且能够在监控环境和自然灾害方面提供帮助。

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    - END -

    (左边是两翼版本的设计RoboBee,右边是四翼版本的设计Bee+,以及和硬币的大小对比)

    本文中的视频来源于《自然》,文章由科海识贝编写。

    但有一个问题是:RoboBee 的两个扑翼无法产生足够强大的力来控制航向,所以 RoboBee 经常会不受控制的摇晃。

    来自南加州大学的 Xiufeng Yang 和他的伙伴开发了一款新型制动器,重量只有之前版本的一半。他们使用四个新研制的致动器制造了一个四形翼机器人,每个机翼的翼展仅为33毫米。他们将这款新型飞行器称为Bee+。它能够更好的悬停、着陆、沿着固定方向飞行,以及避开障碍物。

    这项飞行器的突破,根本原因是使用了被称为单压电晶片的更轻的制动器。单压电晶片使用连接到无源层的单个条带而不是两层压电材料,可使得飞行器的单个扑翼减半。压电层的反复收缩导致悬臂弯曲,并且悬臂尖端的运动驱动机翼的拍打。于是,同样的重量可以用四翼代替原有的两翼,让飞行器更接近昆虫飞行。

    接下来两条科技前沿跟光有关:

    MIT:找出让植物保持持续发光的办法

    一直以来,人类在照明上消耗了大量资源:照明需求足足占到了全球能源消耗量的 20%,每年产生 2 亿吨二氧化碳。现在,MIT 的科学家们找出了一种办法,不仅能让植物发光、还能可持续发光,意在降低照明需求、降低二氧化碳排放量,改善全球环境。

    2017 年, MIT 化学工程系教授 Michael Strano 的团队就通过给植物注入荧光素酶(luciferase)的办法,成功造出了可以发光的西洋菜。但当时,虽然他们让西洋菜暂时发光了,不过这个光维持不了多久就会慢慢变暗。

    现在, Strano 的团队又想出了新的办法:用光电容粒子解决这个问题。光电容粒子以纳米粒子的形式存于植物中,能把最初始产生的光能存储起来一点点输出,让亮一下就迅速变暗的发光植物可以平稳地、更长一段时间地输出光,把植物发光的时间从短短几小时延长到了数天、甚至数周。

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    (以纳米生物发光的西洋菜照亮房间。图自 KVA Matx 及 Strano Research Group)

    “发光植物的潜力不仅仅是替换掉你桌上的台灯”,Strano 教授说,“它们或许可以极大地为改善环境带来深远影响。”

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    宾夕法尼亚大学: 一束光就能使其升起的纳米材料?

    据宾夕法尼亚大学报道,该校工程学院助理教授 Igor Bargatin 的实验室团队开发了一款所谓的“纳米心板”,这种材料的重量不到千分之一克,结构超薄,可能只有几十纳米,但足够大,让人可以把它们拿在手里,也足够坚硬,能抵抗翻倒。

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    (图自:宾夕法尼亚大学官网,版权属于原作者)

    这些“纳米心板”有什么用呢? 据该教授团队表示,由于其材料轻盈,被认为可以成为智能尘埃传感器(smart dust sensors)的理想载体。也正是因为材料的轻盈,打开了光驱动的大门 —— 什么意思呢? 即这块板最初可能只是短暂的悬浮,但最终可能是持续的控制飞行。甚至一束光就能驱动其漂浮和飞行。

    “纳米心板”的突破去年在《Nature Communications》期刊上发表。最近,Igor Bargatin 也获得了美国国家科学基金会颁发的CAREER奖,以鼓励他继续探索能够利用光线漂浮的纳米级材料。

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