九乡新闻网莫桑比克海峡在哪里:蟲機合體
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/07/14 04:56:00
機械與昆蟲合體的微型飛行機器，結合了微機械與生命科學， 讓我們能夠遙控甲蟲。這樣的生化昆蟲，能夠飛入狹小的空間， 未來可能在戰爭或災難中拯救生命。機械與昆蟲合體的微型飛行機器，結合了微機械與生命科學， 讓我們能夠遙控甲蟲。這樣的生化昆蟲，能夠飛入狹小的空間， 未來可能在戰爭或災難中拯救生命。
撰文╱馬哈畢茲（Michel M. Maharbiz）、佐藤隆（Hirotaka Sato）
翻譯／周坤毅
重點提要
■ 軍事用途：軍方希望發展微型機 器人，好讓機器人飛入洞穴或是 密閉空間內，回傳敵人與武器等 即時情資。
■ 技術難關：目前微型仿生飛行器 的耗能太高，微型電池僅能維持 數分鐘的自由飛行。
■ 可能辦法：昆蟲自古以來就是超 級節能的飛行好手，將攝影機與 其他裝備黏到昆蟲背上，就能控 制其飛行模式與目的地。
■ 目前進度：美國加州大學柏克萊 分校、麻省理工學院與康乃爾大 學的研究人員，已經成功遙控大 型甲蟲起飛、停止、左右轉彎與 繞圈飛行。
蒼蠅可說是航空工程學的奇 蹟。蒼蠅能及時躲開蒼蠅 拍的原因，在於牠拍動翅 膀的速度極快，高達每秒200次。為 了達成如此驚人的高速，蒼蠅擁有複 雜的生物力學構造：牠的翅膀並未直 接連接胸部的肌肉，反而是有節奏地 收縮與放鬆肌肉來改變胸部的形狀， 利用胸部的變形使翅膀產生共振，就 像敲擊音叉產生振動。如此一來，蒼 蠅只需花費非常小的力氣，便能將極 少的能量轉換為極快的翅膀運動。
由於電子電路與微製程技術的進 步，工程師得以模仿蒼蠅製作出微 型飛行器。2008年，荷蘭德芙科技 大學的研究員發表了重量僅3公克、 翼展100毫米的「德芙勒微型攝影飛 機」（DelFly Micro）。美國哈佛微型機 器人實驗室發展的仿生飛行器更輕， 只有0.06公克，仍比蒼蠅重四倍，而 且一旦升空後，飛行器的路徑便無法 控制。機械昆蟲的最大弱點還是飛行 所消耗的能量，目前還沒有人知道如 何在微型電池中塞入足夠的能量，好 讓機械昆蟲能持續飛行數分鐘以上。
過去幾年，我們發現了避開這項技 術難關的捷徑。與其從無到有製作機 械昆蟲，不如利用真的昆蟲做為飛行 載具。如此我們省去了笨重的電池與 微製程技術，能專注在控制系統上， 僅在必要時改變昆蟲的飛行路徑。換 句話說，當昆蟲自由飛行時，操作員 能遙控植入昆蟲神經系統的電路，將 左轉、右轉、上升、下降等飛行指令 下達給昆蟲。因此，我們實際上是創 造了融合機械與昆蟲的生化飛行器。
我（馬哈畢茲）是在五年前參加由 美國國防高等研究計畫署（DARPA） 主辦的生化飛行器研討會時，得到 這個想法的。那時我只是個微製程技術的專家，對昆蟲所知有限。在研討 會中，與會學者探討了數種技術，能讓 生物學家接收、記錄昆蟲飛行時單一肌 肉的電流訊號。根據這些成果，DARPA 的計畫經理、研討會主辦人拉爾（Amit Lal）認為，時機已經成熟，可以開始研 究能否透過植入肌肉的微型電路傳送電 子訊號，控制昆蟲的移動方向
生化昆蟲在軍事上應用的潛力極大， 包括偵測建築物、洞穴中的敵人數目與 身分，以便決定是否要派遣部隊進攻。 這種機械生物也能用於非軍事用途，例如尋找地震殘骸中的生還者。
為何選擇甲蟲？
在DARPA研討會之前，就有許多模仿蝗蟲、蛾與蒼蠅 飛行模式的傑出研究。藉由這些前輩的成果，我希望能減 少走錯第一步的機率，畢竟在探索全新研究領域時，常常 敗在錯誤的起始方向。蛾與蝗蟲體型雖大，但無法承載太 多重量，因此遭到淘汰，只 剩下蒼蠅。
蒼蠅擁有許多優點。首 先，生物學家對蒼蠅瞭若指 掌。加州理工學院的狄金生 （Michael H. Dickinson）與 同事就能巨細靡遺地描述， 蒼蠅須在何時、何處收縮哪 一條肌肉，才能產生升力或 轉向。此外，蒼蠅善於利用 能量，因此能以驚人的速度拍動並操縱翅膀。然而，從工 程師的角度來看，蒼蠅是很難的研究對象。牠們實在太小 了，幾乎得靠奈米級的外科手術，才能將線路植入蒼蠅體 內，但是我並非奈米外科手術醫生，因此我開始思考其他 選項。蜻蜓的體型夠大，也是飛行好手，但牠們十分脆 弱。蟑螂或許有可能。
Cyborg Beetles: Merging of Machine and Insect to Create Flying Robots
Tiny flying robots that are part machine and part insect may one day save lives in wars and disasters
By Michel M. Maharbiz and Hirotaka Sato | December 13, 2010
The common housefly is a marvel of aeronautical engineering. One reason the fly is a master at evading the handheld swatter is that its wings beat remarkably fast—about 200 times a second. To achieve this amazing speed, the fly makes use of complex biomechanics. Its wings are not directly attached to the muscles of the thorax. Rather the fly tenses and relaxes the muscles in rhythmic cycles that cause the thorax itself to change shape. That deformation in turn sets the wings to oscillating, much the way a tuning fork vibrates after having been struck. In this way, the fly manages to convert a tiny bit of energy into a whole lot of motion with very little effort.
Engineers, spurred by the miniaturization of computer circuits and micromanufacturing techniques, have done their best to build tiny flying machines that imitate this locomotive ability. The DelFly Micro, unveiled in 2008 by researchers at the Delft University of Technology in the Netherlands, weighs only three grams, has a wingspan of 100 millimeters and can carry a tiny video camera. The synthetic flier produced at the Harvard Microrobotics Laboratory is even smaller—it weighs in at a mere 0.06 gram (still more than four times heavier than a fly)—though once set in motion, the flier’s flight cannot be controlled. The real Achilles’ heel of these mechanical insects, however, is the amount of power they consume: no one has yet figured out how to pack enough energy into miniature batteries to supply the fliers with juice for more than a few minutes of flight.
source:http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=cyborg-beetles
撰文╱馬哈畢茲（Michel M. Maharbiz）、佐藤隆（Hirotaka Sato）
翻譯／周坤毅
重點提要
■ 軍事用途：軍方希望發展微型機 器人，好讓機器人飛入洞穴或是 密閉空間內，回傳敵人與武器等 即時情資。
■ 技術難關：目前微型仿生飛行器 的耗能太高，微型電池僅能維持 數分鐘的自由飛行。
■ 可能辦法：昆蟲自古以來就是超 級節能的飛行好手，將攝影機與 其他裝備黏到昆蟲背上，就能控 制其飛行模式與目的地。
■ 目前進度：美國加州大學柏克萊 分校、麻省理工學院與康乃爾大 學的研究人員，已經成功遙控大 型甲蟲起飛、停止、左右轉彎與 繞圈飛行。
蒼蠅可說是航空工程學的奇 蹟。蒼蠅能及時躲開蒼蠅 拍的原因，在於牠拍動翅 膀的速度極快，高達每秒200次。為 了達成如此驚人的高速，蒼蠅擁有複 雜的生物力學構造：牠的翅膀並未直 接連接胸部的肌肉，反而是有節奏地 收縮與放鬆肌肉來改變胸部的形狀， 利用胸部的變形使翅膀產生共振，就 像敲擊音叉產生振動。如此一來，蒼 蠅只需花費非常小的力氣，便能將極 少的能量轉換為極快的翅膀運動。
由於電子電路與微製程技術的進 步，工程師得以模仿蒼蠅製作出微 型飛行器。2008年，荷蘭德芙科技 大學的研究員發表了重量僅3公克、 翼展100毫米的「德芙勒微型攝影飛 機」（DelFly Micro）。美國哈佛微型機 器人實驗室發展的仿生飛行器更輕， 只有0.06公克，仍比蒼蠅重四倍，而 且一旦升空後，飛行器的路徑便無法 控制。機械昆蟲的最大弱點還是飛行 所消耗的能量，目前還沒有人知道如 何在微型電池中塞入足夠的能量，好 讓機械昆蟲能持續飛行數分鐘以上。
過去幾年，我們發現了避開這項技 術難關的捷徑。與其從無到有製作機 械昆蟲，不如利用真的昆蟲做為飛行 載具。如此我們省去了笨重的電池與 微製程技術，能專注在控制系統上， 僅在必要時改變昆蟲的飛行路徑。換 句話說，當昆蟲自由飛行時，操作員 能遙控植入昆蟲神經系統的電路，將 左轉、右轉、上升、下降等飛行指令 下達給昆蟲。因此，我們實際上是創 造了融合機械與昆蟲的生化飛行器。
我（馬哈畢茲）是在五年前參加由 美國國防高等研究計畫署（DARPA） 主辦的生化飛行器研討會時，得到 這個想法的。那時我只是個微製程技術的專家，對昆蟲所知有限。在研討 會中，與會學者探討了數種技術，能讓 生物學家接收、記錄昆蟲飛行時單一肌 肉的電流訊號。根據這些成果，DARPA 的計畫經理、研討會主辦人拉爾（Amit Lal）認為，時機已經成熟，可以開始研 究能否透過植入肌肉的微型電路傳送電 子訊號，控制昆蟲的移動方向
生化昆蟲在軍事上應用的潛力極大， 包括偵測建築物、洞穴中的敵人數目與 身分，以便決定是否要派遣部隊進攻。 這種機械生物也能用於非軍事用途，例如尋找地震殘骸中的生還者。
為何選擇甲蟲？
在DARPA研討會之前，就有許多模仿蝗蟲、蛾與蒼蠅 飛行模式的傑出研究。藉由這些前輩的成果，我希望能減 少走錯第一步的機率，畢竟在探索全新研究領域時，常常 敗在錯誤的起始方向。蛾與蝗蟲體型雖大，但無法承載太 多重量，因此遭到淘汰，只 剩下蒼蠅。
蒼蠅擁有許多優點。首 先，生物學家對蒼蠅瞭若指 掌。加州理工學院的狄金生 （Michael H. Dickinson）與 同事就能巨細靡遺地描述， 蒼蠅須在何時、何處收縮哪 一條肌肉，才能產生升力或 轉向。此外，蒼蠅善於利用 能量，因此能以驚人的速度拍動並操縱翅膀。然而，從工 程師的角度來看，蒼蠅是很難的研究對象。牠們實在太小 了，幾乎得靠奈米級的外科手術，才能將線路植入蒼蠅體 內，但是我並非奈米外科手術醫生，因此我開始思考其他 選項。蜻蜓的體型夠大，也是飛行好手，但牠們十分脆 弱。蟑螂或許有可能。
Cyborg Beetles: Merging of Machine and Insect to Create Flying Robots
Tiny flying robots that are part machine and part insect may one day save lives in wars and disasters
By Michel M. Maharbiz and Hirotaka Sato | December 13, 2010
The common housefly is a marvel of aeronautical engineering. One reason the fly is a master at evading the handheld swatter is that its wings beat remarkably fast—about 200 times a second. To achieve this amazing speed, the fly makes use of complex biomechanics. Its wings are not directly attached to the muscles of the thorax. Rather the fly tenses and relaxes the muscles in rhythmic cycles that cause the thorax itself to change shape. That deformation in turn sets the wings to oscillating, much the way a tuning fork vibrates after having been struck. In this way, the fly manages to convert a tiny bit of energy into a whole lot of motion with very little effort.
Engineers, spurred by the miniaturization of computer circuits and micromanufacturing techniques, have done their best to build tiny flying machines that imitate this locomotive ability. The DelFly Micro, unveiled in 2008 by researchers at the Delft University of Technology in the Netherlands, weighs only three grams, has a wingspan of 100 millimeters and can carry a tiny video camera. The synthetic flier produced at the Harvard Microrobotics Laboratory is even smaller—it weighs in at a mere 0.06 gram (still more than four times heavier than a fly)—though once set in motion, the flier’s flight cannot be controlled. The real Achilles’ heel of these mechanical insects, however, is the amount of power they consume: no one has yet figured out how to pack enough energy into miniature batteries to supply the fliers with juice for more than a few minutes of flight.
source:http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=cyborg-beetles