Flygande robotar i insektsstorlek kan hjälpa till med tidskrävande uppgifter som att kartlägga grödans tillväxt på stora gårdar eller sniffa upp gasläckor. Dessa robotar svävar genom att fladdra små vingar eftersom de är för små för att använda propellrar, som de som ses på deras större drönarkusiner. Liten storlek är fördelaktig:Dessa robotar är billiga att tillverka och kan lätt glida in på trånga platser som är otillgängliga för stora drönare.

Men nuvarande flygande robo-insekter är fortfarande bundna till marken. Elektroniken de behöver för att driva och kontrollera sina vingar är för tung för dessa miniatyrrobotar att bära.

Nu, ingenjörer vid University of Washington har för första gången klippt av sladden och lagt till en hjärna, så att deras RoboFly kan ta sina första oberoende klaffar. Detta kan vara en liten flik för en robot, men det är ett stort steg för robotarter. Teamet kommer att presentera sina resultat den 23 maj vid den internationella konferensen om robotik och automation i Brisbane, Australien.

RoboFly är något tyngre än en tandpetare och drivs av en laserstråle. Den använder en liten inbyggd krets som omvandlar laserenergin till tillräckligt med elektricitet för att driva sina vingar.

"Före nu, konceptet med trådlösa insektsstora flygande robotar var science fiction. Skulle vi någonsin kunna få dem att fungera utan att behöva en tråd?" sa medförfattaren Sawyer Fuller, en biträdande professor vid UW Department of Mechanical Engineering. "Vår nya trådlösa RoboFly visar att de är mycket närmare det verkliga livet."

Den tekniska utmaningen är flaxandet. Vingklappning är en kraftkrävande process, och både strömkällan och kontrollern som styr vingarna är för stora och skrymmande för att åka ombord på en liten robot. Så Fullers tidigare robo-insekt, RoboBee, hade ett koppel — den fick ström och kontroll genom ledningar från marken.

Men en flygande robot ska kunna fungera på egen hand. Fuller och teamet bestämde sig för att använda en smal osynlig laserstråle för att driva sin robot. De riktade laserstrålen mot en fotovoltaisk cell, som fästs ovanför RoboFly och omvandlar laserljuset till elektricitet.

"Det var det mest effektiva sättet att snabbt överföra mycket kraft till RoboFly utan att lägga mycket vikt, " sa medförfattaren Shyam Gollakota, en docent vid UW:s Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering.

Fortfarande, lasern ensam ger inte tillräckligt med spänning för att flytta vingarna. Det är därför teamet designade en krets som ökade de sju volt som kommer ut ur solcellscellen upp till de 240 volt som behövs för flygning.

För att ge RoboFly kontroll över sina egna vingar, ingenjörerna gav en hjärna:De lade till en mikrokontroller till samma krets.

"Mikrokontrollern fungerar som en riktig flughjärna som talar om för vingmusklerna när de ska skjuta, " sa medförfattaren Vikram Iyer, en doktorand vid UW Department of Electrical Engineering. "På RoboFly, den säger till vingarna saker som "klappa hårt nu" eller "flaxra inte."

Specifikt, styrenheten skickar spänning i vågor för att efterlikna fladdrandet av en riktig insekts vingar.

"Den använder pulser för att forma vågen, sa Johannes James, huvudförfattaren och en maskinteknisk doktorand. "För att få vingarna att flaxa framåt snabbt, den skickar en serie pulser i snabb följd och bromsar sedan ned pulseringen när du kommer nära toppen av vågen. Och sedan gör den detta omvänt för att få vingarna att flaxa smidigt åt andra hållet."

Tills vidare, RoboFly kan bara lyfta och landa. När dess fotovoltaiska cell är utanför laserns direkta synlinje, roboten får slut på ström och landar. Men teamet hoppas att snart kunna styra lasern så att RoboFly kan sväva och flyga runt.

Medan RoboFly för närvarande drivs av en laserstråle, framtida versioner kan använda små batterier eller skörda energi från radiofrekvenssignaler, sa Gollakota. På det sättet, deras strömkälla kan modifieras för specifika uppgifter.

Future RoboFlies kan också se fram emot mer avancerade hjärnor och sensorsystem som hjälper robotarna att navigera och slutföra uppgifter på egen hand, sa Fuller.

"Jag skulle verkligen vilja göra en som hittar metanläckor, " sa han. "Du kan köpa en resväska full av dem, öppna den, och de skulle flyga runt i din byggnad och leta efter gasplymer som kommer ut ur läckande rör. Om dessa robotar kan göra det lätt att hitta läckor, de kommer att vara mycket mer benägna att lappas upp, vilket kommer att minska utsläppen av växthusgaser. Detta är inspirerat av riktiga flugor, som är riktigt bra på att flyga runt och leta efter illaluktande saker. Så vi tycker att det här är en bra applikation för vår RoboFly."