小心，这只苍蝇是机器的！

亚新

生活中，苍蝇是恼人的小东西，但是机器苍蝇却彻底改变了人们这一观点。这种听上去似乎在007等谍战电影中才会出现的玩意，现在真的已经成为现实。

机器苍蝇的体重只有60毫克，翼展长度也仅仅有3厘米，是典型的仿生学产品，其飞行运动原理和真的苍蝇非常相似。经过十多年研制，世界上首款机器苍蝇在哈佛成功起飞。近日，哈佛大学的几名研究人员在最新出版的《科学》杂志上，报告了这一研究成果。别看机器苍蝇体积小巧，但是却拥有广泛的运用前景，其中包括环境监测、给农作物授粉以及建筑物中的营救搜索工作等。

世界上的第一只“机器苍蝇”

研制机器苍蝇的科学家罗伯特伍德来自哈佛大学，他一直将薄翼式机器人作为自己研究的重点。2007年，在罗伯特伍德的带领下，美国哈佛大学的科学家们首次研制出了一款体型小巧的机器苍蝇，可用于隐蔽地侦察有毒物质。

为了让机器苍蝇看起来更像是真正的苍蝇，研究人员在研制过程中使用了激光加工技术。借助激光，科学家们成功制造出了极其纤薄的碳纤维薄片，通过这些薄片，研究人员成功地将机器苍蝇的各种功能组件连接在了一起。此外，为了让机器苍蝇身上的某些部分可以运动起来，专家们还运用了一些在电场作用下可以改变形状的高分子化合物。

在罗伯特伍德接通外部电源后，机器苍蝇便开始“飞”了起来——它的碳纤维翅膀大约有15毫米的长度，每秒可以来回扑扇120次，就像一个真正的昆虫在来回扑扇着翅膀。研究人员通过配套遥控器的控制，已经使机器苍蝇可以向各个不同的方向飞行。

虽然这款机器苍蝇身上携带的微型锂聚合物电池只能维持5分钟时间，运动情况还非常有限，但拥有两扇翅膀的机器人首次问世仍然是科研界的一大进步，特别是它身形小巧、可以像真正的苍蝇一样飞行实属难得。罗伯特伍德和他的同事都希望，这个小型飞行机器人的问世，可以引领小规模实用机器人设计新时代的到来。

1%的幸存苍蝇也能完成任务

此后，罗伯特伍德带领同事们又开始对机器苍蝇进行新的改进。一直以来，在哈佛微型机器人实验室，类昆虫机器人始终是一个研究课题。科学家们主要希望它们能在救援和侦察中发挥作用：一旦装上合适的传感器、飞行控制器和电池，它们便可以从实验室外放，投入使用，敏捷地越过障碍物到达人所不能及的地方。

例如，当地震发生房屋倒塌时，在现有技术条件下，救援人员必须穿过堆满碎石的街道去搜寻生还者，同时还要呼吸着充满有毒粒子的空气，这些都会使救援人员面临很大风险。按照设计机器苍蝇将能代替人类从事类似的高风险工作，避免不必要的伤亡。

在设计中，罗伯特伍德和他的同事有个特别做法，就是让急救人员将数千回形针大小的飞行机器人分散到整个灾区，让它们去侦测生命迹象。虽然有一些苍蝇可能撞碎窗口的玻璃或陷入死角，但是有部分还是可以从裂缝和下塌横梁逃出。 每当找到幸存者时，它们便会原地等待并使用其剩余的能源向营救人员传递搜救结果。所以哪怕只有1%的苍蝇能够幸存，探测任务仍可以成功完成。

为什么是苍蝇？

之所以选择苍蝇这一形态，是因为苍蝇是地球上飞行能力极强的物种之一，虽然他们体型很小，但他们天生健康强壮，在飞行时能经得住各种强烈撞击。

经过无数次的反复试验，罗伯特伍德研究团队研制的机器苍蝇在功能上越来越接近真的苍蝇。它们和真正的苍蝇拥有相同的主要飞行结构：包括机身（外骨骼），发动机（飞行肌），传动机（胸），机翼（翅膀），虽然每部分的功能都比较简单，但已经足够保证其自身能自如飞行。

为了让机器苍蝇的功能更加完善，罗伯特伍德和他的同事特别注重了生物学最基本的两个原则：一是机翼面积与身体重量的比例要恰当，二是翅膀的扑闪频率必须足够高。在第一个原则上，因为电子设备在重量上并不占优势，所以罗伯特伍德和他的同事采用了一些非传统的制造方法，制造出超薄微型翅膀。这个微型翅膀重量与真的苍蝇翅膀没有多大区别，而且十分坚韧。而在第二个原则上，包括翅膀复杂的拍打和扭动运动在内，机器苍蝇已经有一套复杂的机制来调节自己的飞行。罗伯特伍德和他的同事将机器苍蝇夹住进行测试，结果机器蝇每秒也能有120次扇翅。

由10万美元变为10美元

在机器苍蝇发明之前，军事上也使用过类似的昆虫机器人，但每个高达10万美元的定价却使它们无法被广泛应用。因此对于机器苍蝇的研发，罗伯特伍德和他的同事非常注重选材，既要保证效果也要价格合适。所以罗伯特伍德现在使用的是制作精良硬度适中的碳纤维增强复合材料，代替了之前激光微细加工技术的超薄材料。因为这样一来罗伯特伍德和他的同事在一周内便可以制作出一个机器苍蝇的原型，而且现在一只苍蝇的造价还不到10美元。

为了制作关节，罗伯特伍德和他的同事在两个又薄又硬的碳化纤维中间割开裂缝，在中间夹入薄薄的聚合纤维，以保证其能来回弯曲又不会出现失灵；为了使发动机模拟真实的肌肉运动，罗伯特伍德和他的同事为它增加了碳纤维混合物。这种碳纤维混合物是电镀材料，受电场可以改变形状；在设计这些电机时，不但要让他们保证有足够的能量供给，还要尽可能的使其更小更轻便，这也是罗伯特伍德和他的同事的首要任务。电机的能源密度为每千克400多瓦，比普通苍蝇翅膀肌肉能力的4倍还多。

经过材料的恰当选择，现在最新版机器苍蝇的重量只有60毫克，与双翅类昆虫的重量几乎一样，而其对自身的推力却将近是它们的两倍，这跟真正的苍蝇几乎完全一致，由此机器苍蝇可以获得3倍至5倍于自身重量的升力。

解决了材料问题，接下来便是机器苍蝇如何获取能源的问题了。罗伯特伍德和他的同事估计如今压缩过的最好的锂电池也要50毫克，占了机器苍蝇体重的一半，而且这也只能维持它5～10分钟的飞行。为了增加飞行时间同时减轻电池重量，罗伯特伍德和他的同事必须增加电池的能量密度，或者开发自给能量技术，比如在他背上安装一个太阳能电池板，又或者将其翅膀的振动转换成电流等等。

另一方面，罗伯特伍德和他的同事也把的注意力转移到机器人的低功耗分散控制算法上来。虽然群居昆虫用简单的局部规则和直接的方法进行沟通，但它们完成的任务却惊人的复杂。例如，在没有蓝图的情况下，白蚁们依然能够能建造一种比他们自身大数百万倍的建筑物。罗伯特伍德和他的同事们就在研究如何让机器苍蝇也能够掌握这一本领，这样就可以使成群的简单机器人去完成复杂的任务。

一旦有了基本的控制算法后，罗伯特伍德和他的同事也期盼微型机器人在特设的移动传感器网络中能起更重要的作用。目前具有的包括搜索与救援行动，危险环境中的探索和监测，行星探测和建筑物巡查在内的功能，只是高度灵活的昆虫类机器人的一小部分应用。在未来的机器苍蝇身上，将会安装许多传感器和微型摄像机。因此它们能做的事情还有很多，比如可以用来发现森林火灾；在未来登上新星球后，机器苍蝇也可以代替航天员，在各种复杂条件下完成拍照、摄影、取样等工作；而在未来战争中，机器蝇甚至可以带上微型炸药，飞到敌方总部，将其指挥官炸死或炸毁指挥中心的所有仪器。总之，机器蝇将完成“007”也完成不了的任务，成为名副其实的“超级间谍”。

在取得初步胜利后，罗伯特伍德和同事们透露目前他们还在加紧研发一种完全自主的机器人昆虫，这大概需要5年的过程。5年以后，这些设备可能已经不再是什么神秘装备，就像现在的电子产品一样开始融入我们的日常生活，也许，那时当一只苍蝇从我们头顶飞过时，我们还需要仔细辨别一下，看看这只苍蝇是不是机器的。

Tips

链接

目前问世的各类特种机器人

以色列的毫米机器人医生

2007年，以色列科学家称制造出了世界上最小的机器人，这种机器人直径1毫米、长4毫米，可以进入人的血管并将药物送往人体各处。这种机器人在血管中运动时是在“爬行”而不是在“游泳”，这也让它在血管中的运动更容易控制。机器人带有机械手，可以抓住血管内壁，从而可以经受住血流的冲击并不断前行。

机器人自身并不携带电池，其动力来源于外部磁场激发的振动。正因为其能量全部来自外部，这种机器人不仅能够在人的控制下无时限地在人体内工作，而且这样的设计还让科学家得以最大限度缩小机器人的尺寸。

研究人员表示，在微创手术以及治疗癌症的疗法中，这种机器人可以作为投送药物的工具，解决如何将药物精确施于需要治疗部位的问题。

会10国语言的小型机器人

2007年，日本多美公司推出一款小型机器人，这一机器人被认为是“商品化生产的世界最小的人形机器人”。

据多美公司介绍，这款被称为“i-sobot”的机器人身高16.5厘米，体重350克，以镍氢电池为动力，可以讲180个短语，做出200多种动作，还能播放90种效果音乐，并演奏5首曲子。它还能听懂10国语言，能用人工语音对它发号施令。据了解，该款机器人市场价约合256美元。