昆虫脑袋无爱~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-MGF cyclone joker 高达模型...
颜笑飞+高军晖
摘 要：昆虫有很多有趣的特征，比如：外部骨骼、弹性关节、伸缩肌肉等。这些特点为我们设计微机器人提供了基础。昆虫模型机器人已经广泛地应用在人类生活的各个方面，本文是一篇综述，论述了昆虫机器人的分类及在多个领域的应用。在昆虫机器人分类部分，本文从材质、运动方式、原型物种等多个角度进行了论述。在昆虫机器人应用部分，本文从航空航天、医疗、军事、农业、家庭等多个领域进行了论述。
关键词：昆虫机器人 分类 应用
中图分类号：TP242；Q969 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0129-03
昆虫只有104～106个神经细胞，其运动是简单的机械运动，例如往复运动。但这些运动看起来非常协调和灵活，这就是为什么我们正在开发基于昆虫模型的机器人[1]。
我们对昆虫的了解对我们在微机器人的研究中是有好处的。昆虫具有许多有趣的特征，例如外部骨骼、弹性关节和伸缩肌。这些特征为我们设计微型机器人提供了基础[2]。
马萨诸塞理工学院教授罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）说：“建立长期目标的原因是因为昆虫在现实环境中的活动非常成功，而且比传统机器人更为优越。”
在20世纪80年代后期，微型技术已经成为制造微机械系统的新方法。使用IC技术的硅晶片上的微加工已经成为开发微机器人的关键技术。成熟的第一个完全自主的昆虫机器人于1989年在MIT AI实验室开发，主要用于行为控制。
本文论述了昆虫模型机器人的分类及在多个领域的应用。
1 昆虫机器人的分类
可以从多个角度进行分类。从材质进行分类，可以分为金属、聚合物、碳纤维等昆虫机器人。从运动方式进行分类，可以分为爬行、跳跃、飞行、游动、蠕动等昆虫机器人。
从原型物种进行分类，有很多种，在文献[3]中，张星整理了以下类型的昆虫机器人：分别是蚂蚁、苍蝇、蝼蛄、蠓虫、孑孓、跳蚤、尘螨、蚊子、夜蛾、海蚕、蜜蜂、甲虫、海螵虫、盲蛛、飞蝠。
下面是一个例子。Festo是一家德国机器人制造商，开发了一系列由蚂蚁、蝴蝶和变色龙启发的仿生机器人[4]。仿生蚂蚁Bionicants（见图1）的长度为13.5cm，运行在两节7.2V的电池上。BionicANTs中的“ANT”是“独立网络技术”英文缩写中，在未来的工厂，生产系统将由智能适应性组成，可由高层次的控制系统操作。
仿生蚂蚁Bionicants的腿和夹具制动器采用压电陶瓷制成的弯曲传感器。头部配有两个相机，可以通过传感器跟踪光电鼠标安装在胸前。它们不仅塑造和行动像蚂蚁，而且模拟真正的蚂蚁的合作行为。它们互相交流，调整自己的动作。
2 昆虫机器人的应用
昆虫机器人的应用领域有航空航天、医疗、军事、农业、家庭等，下面分别论述。
2.1 航空航天
早在1969年，美国就开发了一种用于月球探测的跳跃机器人[5]。NASA的三代弹跳机器人均属于间隙性弹跳机器人，弹跳机器人实现了起飞角度和起飞方向的动态调节，而且实现了实时控制和无线通信计算机。原型实现远程控制在更规则的地形环境中自由运动，并可以自动识别遇到的障碍和飞跃。这表明跳跃是一种非常有效的星际探索运动形式。
斯坦福大学教授马克·库尔特·科斯基（Mark Kurt Koski）的一个研究小组研制出了一种长期的足底人造羊毛（由合成橡膠制成），被称为“粘性”（Stickybot）的“蜥蜴机器人”。这些微小的聚合物垫片确保了脚和壁的接触面积大，允许范德瓦尔斯粘度最大化。“粘性”机器人可以用作行星探测器或救生装置使用[6]。
2.2 医疗领域
加州大学伯克利分校、达特茅斯学院和杜克大学的研究人员表明，如何使用单一的电子信号来指导一组小型机器人将其组装成更大的结构[7]。研究人员希望以这种方式建立生物组织。想象一下像发丝一样的微型机器人在您的血管中游泳并修复损伤，或者在计算机芯片上作为安全锁飞行，或使心脏组织愈合。
Fuchiwaki介绍了一种具有纳米级分辨率的昆虫尺寸完整机器人的设计与研制，这篇文章也谈到了该机器人在生物医学领域的应用[8]。在生物医学领域，生物细胞操作非常重要。在基因工程中，基因敲除和转基因动物是基本的研究工具。为了制造这些基因敲除和转基因动物，必须处理直径为80～120μm的卵细胞。对于人工授精，需要同时处理60μm长的卵子和精子细胞，并具有亚微米的定位分辨率。膜片钳实验也需要操纵卵细胞。这些生物医学任务是由手动控制的倒置显微镜上安装的操作器执行的。由于这些任务需要几百个卵细胞进行单个实验，因此需要对微米级精度进行自动注入，以提高处理效率，减少研究人员的手工负担。
2.3 军事领域
克拉克学院生物学教授刘易斯·凯勒通过设计软机器人来研究动物运动的生物力学[9]。他说：“网络蠕虫如机器人可用于各种领域，例如新一代内窥镜、移植和假肢。虽然机器人身体比一个真正的蠕虫更简单，只有几个细分，但似乎运动非常重要。我预测，未来10年，我们将改变人造肌肉、手机、便携式电脑、汽车等众多产品的形状。”新研究得到了美国国防部高级研究项目机构的支持。
来自荷兰代尔夫特大学的研究人员开发了一种Delfly人造蜻蜓[10]。它的机翼振动速度每秒14次，并配有摄像头，重量为1.6g的锂电可用于电池驱动，可持续飞行15min。
Dirk Spenneberg等人的四足机器人[11]用于军用攀爬爬行，他们解释了如何产生类似于基于贝塞尔曲线的CPG节奏的运动模式，从而产生了一种非常简单灵活的方法来产生复杂的轨迹，可以相位调制频率和振幅。
2.4 农业领域
华沙理工大学的研究人员为了人工授粉发明了第一台机器蜜蜂[12]。该机器蜜蜂是一架小型无人机，可以搜寻花朵，采集花粉，然后将雄蕊中的花粉传授到雌蕊中来完成授粉过程。其发明者工程师RafalDalewski表示，这种机器人已经在该领域的测试中取得了成功，其授粉能力将极有可能使其代替授粉者来应对世界授粉蜜蜂持续下降的状况。Dalewski称，2015年夏天他们进行了一次测试，这种人工授粉方式已经获得了第一粒种子，证明了机器昆虫的授粉能力和真正的蜜蜂几乎相同。endprint
Dalewski承认，机器传粉者不可能完全取代昆虫，但是作为昆虫传粉的补充。工程师拒绝评价机器昆虫是否比昆虫授粉效果略胜一筹。但实际上，这种机器不仅可以辅助自然授粉，而且可以以一种巧妙的方式进行，因为它可以通过计算机程序编程集中在一个特定区域，找到某一特定类型的花朵授粉。华沙理工大学发明了飞行和着陆两种类型的无人机，这两种都装有浸渍花粉的喷粉器，让花粉落在其他的花朵上。着陆的这种更有自主性，电池更持久，种植者可以让无人机自动工作。这些无人机也可以作为肥料或者杀虫剂的智能分配器适用于精准农业。
该大学希望首个机器蜜蜂原型于2017年开始正式投入使用，并在两年内大规模生产。因为许多作物依赖的传粉昆虫在每年的死亡率逐渐上升，所以该发明特别重要。特别是在农业高度发达的国家，缺乏授粉昆虫将严重影响到农作物生产。2014年欧盟展开了首个关于蜜蜂死亡率的研究，根据数字显示，在不同国家的蜜蜂死亡率达3.5%～33.6%。如果蜜蜂不传粉，农业产量会大幅下降，植物的种植会受到严重威胁。
2.5 家庭应用
广西师范大学龙珑、邓伟等研究家庭安全机器人[13]。为了提高机器人对家庭复杂环境的适应性，节省制造成本，安全机器人采用蜂窩体和六脚铰接机械结构。蜂窝式机器人不仅可以节省大量的制造材料，还可以增加安全机器人的肢体空间，使安全机器人保持优异的稳定性和适应性。
智能控制系统安全机器人对安全机器人每个脚趾进行精确控制，研发小组拥有低成本的小型直流发电机，在每个脚踏机器人中安装多个脚端压力传感器，确保安全机器人能够快速感应复杂的地形。但考虑到生产成本，提高产品在市场上的竞争力，脚端压力传感器采用正常电阻材料，工作温度范围为-25℃～65℃，可适应大部分家庭环境温度。
3 总结与展望
本文通过文献资料的查找与整理，论述了昆虫模型机器人应用在人类生活的多个方面，包括航空航天、医疗、军事领域、农业、家庭等多个领域。我们相信，随着科技的发展，昆虫模型机器人将会更好地服务于人类。
参考文献
[1] 马红.仿昆虫式微机器人[J].机器人技术与应用，1999（1）： 18-19.
[2] 王志成.无所不能的仿生超微昆虫机器人[J].少年发明与创造：中学版，2012（5）：38-39.
[3] 张星.昆虫式超微型机器人一览[J].开眼界，2007（8）：8.
[4] BionicANTs仿生蚂蚁[EB/OL].http：//www.72byte.com/product/bionicants.
[5] 李保江，朱剑英.弹跳式机器人研究综述[J].机械科学与技术，2005，24（7）：803-807.
[6] 美国壁虎式机器人可在墙上行走[J].创新科技，2006（10）：55.
[7] 克里斯提那·格里凡蒂尼.超微型机器人修复人体组织[J].中国孵化器，2011（9）：26-27.
[8] OhmiFuchiwaki.Insect-sized Holonomic Robots for Precise，Omnidirectional，and Flexible Microscopic Processing：Identification，Design， Development.and Basic Experiments[J] Precision Engineering，2013，37（1）：88-106.
[9] 中国经济网.新闻频道[EB/OL].http：//www.ce.cn/xwzx/kj/201208/21/t20120821_23602966.shtml.
[10] 新浪博客[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_89cdcd1f0101c1ga.html.
[11] Dirk Spenneberg，Andreas Strack，Jens Hilljegerdes，et al.ARAMIES：A Four-Legged Climbing and Walking Robot[J].Proceedings of International Symposiumlsairas，2005，603（603）.
[12] 周洲.波兰：利用机器蜜蜂给作物授粉[J].中国果业信息，2017（1）：40.
[13] 龙珑，邓伟，胡秦斌，等.仿生昆虫家庭安保机器人运动轨迹的实现[J].制造业自动化，2012，34（23）：13-15.endprint
