萤火虫在温暖的夏夜照亮昏暗的后院，用它们的发光来交流鈥攖o吸引配偶、抵御捕食者或引诱猎物。
这些闪闪发光的虫子也激发了麻省理工学院科学家的灵感。根据大自然的启示，他们为飞行的昆虫鳞状机器人构建了电致发光的软人造肌肉。控制机器人翅膀的微小人造肌肉在飞行过程中发出彩色光。
这种电致发光可以使机器人相互通信。例如，如果被派往倒塌的建筑物进行搜索和救援，找到幸存者的机器人可以使用灯光向其他人发出信号并呼救。
发光的能力也使这些重量仅比回形针重的微型机器人离在实验室外独自飞行又近了一步。这些机器人重量很轻，无法携带传感器，因此研究人员必须使用户外工作不好的笨重红外相机对其进行跟踪。现在，他们已经证明，他们可以使用机器人发出的光和三个智能手机摄像头精确跟踪机器人。
“如果你想到大型机器人，它们可以使用许多不同的工具进行通信鈥擝蓝牙，无线，诸如此类的东西。但对于一个小型、功率受限的机器人，我们不得不考虑新的通信模式。这是朝着在室外环境中驾驶这些机器人迈出的重要一步，因为我们没有经过良好调整的最先进的运动跟踪系统，Kevin Chen说，他是电气工程和计算机科学系（EECS）的D.Reid Weedon，Jr.助理教授，电子研究实验室（RLE）软机器人和微型机器人实验室的负责人，也是论文的高级作者。
他和他的合作者通过将微小的电致发光粒子嵌入人造肌肉来实现这一点。这个过程只增加了2.5%的重量，而不影响机器人的飞行性能。
与陈一起登上这篇论文的还有EECS研究生SuhanKim（主要作者）和Yi Hsuan Xiao；陈玉凡博士。；以及宁夏大学副教授毛杰。这项研究发表在本月的《IEEE机器人与自动化快报》上。
照明执行器
这些研究人员之前展示了一种新的制造技术，用于制造软致动器或人工肌肉，用于拍打机器人的翅膀。这些经久耐用的执行器是由弹性体和碳纳米管电极的超薄层交替堆叠而成，然后将其卷成一个软圆柱体。当向气缸施加电压时，电极挤压弹性体，机械应变拍打机翼。
为了制造发光致动器，该团队将电致发光硫酸锌颗粒纳入弹性体中，但必须克服一些挑战。
首先，研究人员必须制造一种不会阻挡光线的电极。他们用高度透明的碳纳米管建造了它，碳纳米管只有几纳米厚，可以让光线通过。
然而，锌粒子只有在非常强的高频电场存在下才会发光。该电场激发锌粒子中的电子，然后锌粒子发射亚原子光粒子，称为光子。研究人员使用高电压在软致动器中产生强电场，然后以高频率驱动机器人，使粒子明亮发光。
Kevin Chen说：“传统上，电致发光材料的能量非常昂贵，但从某种意义上说，我们可以免费获得电致发光，因为我们只使用飞行所需频率的电场。我们不需要新的驱动装置、新的电线或任何东西。发光只需要大约3%的能量。”。
当他们制作致动器原型时，他们发现添加锌颗粒会降低其质量，使其更容易分解。为了解决这个问题，Kim仅将锌颗粒混合到顶部弹性体层中。他将该层加厚了几微米，以适应输出功率的任何降低。
虽然这使执行器重了2.5%，但它发出的光不会影响飞行性能。
Kim说：“我们非常小心地保持电极之间弹性体层的质量。添加这些颗粒几乎就像给我们的弹性体层添加灰尘一样。这需要许多不同的方法和大量的测试，但我们找到了确保致动器质量的方法。”。
调整锌颗粒的化学组合会改变浅色。研究人员制造了绿色、橙色和蓝色颗粒，用于他们制造的致动器；每个执行器都有一种纯色。
他们还调整了制造工艺，使致动器能够发出五彩和图案的光。研究人员在顶层放置了一个微型面罩，添加了锌颗粒，然后固化了致动器。他们用不同的面具和彩色粒子重复这一过程三次，以创建一个拼写为M-I-T的光模式。
追随萤火虫
一旦他们对制造过程进行了微调，他们就测试了致动器的机械性能，并使用发光计测量光的强度。
在那里，他们使用专门设计的运动跟踪系统进行飞行测试。每个电致发光执行器都充当一个活动标记，可以使用iPhone摄像头进行跟踪。摄像头检测每种灯光颜色，他们开发的一个计算机程序跟踪机器人的位置和姿态，距离最先进的红外运动捕捉系统不超过2毫米。
Kevin Chen说：“与最先进的技术相比，我们非常自豪跟踪结果有多好。与这些大型运动跟踪系统的几万美元成本相比，我们使用的是廉价的硬件，跟踪结果非常接近。”。
未来，他们计划增强该运动跟踪系统，使其能够实时跟踪机器人。该团队正在努力整合控制信号，以便机器人能够在飞行过程中打开和关闭灯光，并像真正的萤火虫一样进行通信。Kevin Chen说，他们还在研究电致发光如何改善这些软人造肌肉的某些特性。
科罗拉多大学博尔德分校机械工程系助理教授考希克·贾亚拉姆（Kaushik Jayaram）表示：“这项工作非常有趣，因为它可以在不影响飞行性能的情况下，最大限度地减少光发电的开销（重量和功率）。”。“这项工作中演示的wingbeat同步闪光生成将使室内外微光环境中的多个微型机器人的运动跟踪和飞行控制变得更加容易。”
Pakpong Chiraratananon补充道：“虽然这项工作中呈现的光的产生、对生物萤火虫的回忆以及通信的潜在用途非常有趣，但我相信真正的势头是，这项最新的发展可能成为在受控实验室条件外展示这些机器人的里程碑。”，香港城市大学生物医学工程系副教授，也没有参与这项工作。“发光的执行器可能充当外部摄像头的主动标记，为飞行稳定提供实时反馈，以取代当前的运动捕捉系统。电致发光将允许使用不太复杂的设备，并允许从远处跟踪机器人，可能通过另一个更大的移动机器人进行真实部署。这将是一个了不起的b重新穿透。我很高兴看到作者下一步的成就。"
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