一款亞毫米級別的多材料陸地機器人

這個“橫著走”的微型機器人，簡直萌翻了！

5月份的Science Robotics刊登了西北大學的一項研究，這項研究介紹了一款亞毫米級別的多材料陸地機器人。

據(jù)介紹，這款機器人的靈感來自于一種螃蟹，微縮的尺寸和靈活的步伐，讓這款小機器人可以在被遠程操控在一個硬幣的邊緣自由行走。

未來，這個機器人可以被用于密閉空間作業(yè)，甚至可以用于微創(chuàng)手術。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602

靈感來自“窺趾蟹”，是陸地上最小的微型機器人

從外形看，這款機器人有8只腳，還有一對鉗子，圓圓的身子和螃蟹非常相似，它的靈感確實也是來自一款螃蟹——“窺趾蟹”

這項研究的首席研究員約翰·A·羅杰斯(John A. Rogers)說，他們的工作補充了其他研究毫米級機器人的科學家的工作，例如，蠕蟲狀結構可以通過帶鞭毛的液體介質移動。

但據(jù)他所知，他們的螃蟹微型機器人是最小的陸地機器人，只有半毫米寬，可以在露天的固體表面行走。

該機器人由三種關鍵材料組成: 一種用于身體和四肢部位的電子級聚合物；形成“活動”部件的 形狀記憶合金(SMA)；還有一層薄薄的玻璃作為外骨骼來增加結構的硬度。

羅杰斯補充說，他們不受這些特殊材料的限制，然而，他的團隊正在尋找集成半導體材料和其他類型導體的方法。

形狀記憶合金(SMA)幫助“小螃蟹”運動

由于形狀記憶合金(SMA)的存在，這種微小的機器人能夠快速移動。這類材料在一定溫度下發(fā)生相變，引發(fā)形狀變化。

羅杰斯說: “所以你在初始幾何圖形中創(chuàng)建材料，使它變形，然后當你加熱它時，它會回到初始幾何圖形……我們利用形狀變化作為某種機械驅動器或某種肌肉的基礎?！?/p>

對于如何讓記憶金屬加熱，研究人員使用激光光束聚焦在機器人身上。

羅杰斯說: “每當激光束照亮機器人的形狀記憶合金部件時，就會引起相位變化和相應的運動，當激光束移開時，這些部件就會得到快速冷卻，肢體就會回到變形的幾何形狀。”

因此，掃描機器人全身的激光光斑可以順序激活各種關節(jié)，從而建立步態(tài)和運動方向。

雖然這種方法有它的優(yōu)點，羅杰斯想探索更多的選擇。羅杰斯說: “有了激光，你需要某種光學接入... ... (但是)取決于你希望機器人在哪里工作，這種方法是否可行。”

微型機器人專家的自然哲學

這不是羅杰斯第一次參照自然界的事物制造亞毫米大小的機器人。

他的實驗室已經(jīng)開發(fā)出了類似蠕蟲和甲蟲的微小結構，甚至還有一個有翼的微芯片，它可以被動地在空氣中移動，其原理與風傳播種子的原理相同。

2015年，羅杰斯和他的同事還發(fā)表了一篇論文，論述了如何利用日本剪紙藝術（例如在彈出式書籍中看到的）的“紙神”（kirigami）概念來設計他們的機器人。

他們使用由硅晶片支撐的高保真多層圖案材料堆棧，但是盡管這些材料對集成電路很有用，但是它們“對機器人沒有好處，”羅杰斯說，因為它們是扁平的。為了將他們帶入第三維度，研究“氣”的原理是一個起點。

正如羅杰斯所強調的，他們的研究目前純粹是探索性的，試圖將一些額外的想法引入微機器人工程。

“我們可以移動這些機器人，讓它們朝不同的方向發(fā)展，但它們不執(zhí)行特定的任務，”他說。

例如，即使螃蟹機器人有爪子，這些只是為了視覺目的，他們不移動或抓住物體。“為任務執(zhí)行創(chuàng)造能力將是這一領域研究的下一步，”他說。然而，現(xiàn)在，制作多材料3D結構和使用SMA進行雙向驅動是他的團隊對更廣泛的研究所做貢獻的兩個關鍵部分。

為了進一步的探索，他和他的同事們正在考慮如何增加這種規(guī)模的抓取或操縱物體的能力，以及如何為機器人增加微電路、數(shù)字傳感器和無線通信。例如，機器人之間的通信可以讓它們像一個群體一樣工作。另一個需要研究的領域是增加某種由光伏供電的局部電源，例如，通過一個微控制器按時間順序提供局部加熱來控制運動。

就潛在的應用而言，羅杰斯設想微型機器人可用于密閉空間的工作，主要用于微創(chuàng)手術，其次是用于制造其他微型機器的車輛。但他也提倡謹慎行事: “我不想過分夸大我們所做的事情。人們很容易幻想這些機器人進入人體，在醫(yī)療方面做一些強有力的事情。(但)這正是我們想去的地方，也是我們大量工作的動力所在?！?/p>

審核編輯 ：李倩