北航團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出能夠彈跳自身長度87倍的微型機(jī)器人

盡管跳蚤是令人討厭的害蟲，但應(yīng)該表揚(yáng)的地方還是需要表揚(yáng) —— 這些只有3毫米長的微小生物一次跳躍可以跳到330毫米，該距離幾乎是它們身體長度的100倍。近日，北京航空航天大學(xué)研發(fā)的一個(gè)微型機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了類似的壯舉，相關(guān)研究成功于3月24日發(fā)表在《IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化快報(bào)》上。

參與這項(xiàng)研究的北京北航大學(xué)博士三年級學(xué)生Ruide Yun說：“我們受到了自然界跳蚤的啟發(fā)，盡管跳蚤體型很小，但它們可以釋放出巨大的潛力，跳躍距離接近身體長度的100倍。機(jī)器人領(lǐng)域還沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)這一壯舉?！?/p>

為了獲得類似的跳躍能力，機(jī)器人必須能夠同時(shí)釋放大量能量，因此Yun和他的同事創(chuàng)造了一個(gè)有點(diǎn)像微型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器人。

但是，發(fā)動(dòng)機(jī)不是依靠燃料的燃燒，而是在活塞室內(nèi)的正極和負(fù)極之間釋放高壓放電，加熱活塞內(nèi)的空氣并使其膨脹。排放結(jié)束后，腔室內(nèi)的空氣冷卻，活塞返回其原始位置，等待下一次排放。“通過如此循環(huán)，可以獲得往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人爬行和跳躍，”Yun解釋道。

在一系列實(shí)驗(yàn)中，該機(jī)器人能夠跳到296.25毫米和156.28毫米，這相當(dāng)于跳得比它自己的身長和身高分別高出87倍和45倍。

由于活塞發(fā)射時(shí)腿與地面之間的不對稱摩擦，機(jī)器人還能夠爬行。在本研究中，它在平坦表面上的爬行速度超過每秒46個(gè)身體長度。

Yun說：“我們最初的實(shí)驗(yàn)只是為了驗(yàn)證這種新穎的驅(qū)動(dòng)方法，但我們從未想過機(jī)器人會(huì)像天然跳蚤一樣跳得這么高，同時(shí)也表現(xiàn)出良好的爬行性能?！?/p>

Yun說，基于機(jī)器人的毫米大小、快速爬行速度和良好的環(huán)境適應(yīng)性，它可能對未來的一系列潛在探測和偵察應(yīng)用有用，甚至可以作為研究跳蚤等小昆蟲的手段——這正是機(jī)器人背后的靈感來源。

然而，這項(xiàng)工作仍處于早期階段，在實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用之前，當(dāng)前原型存在許多局限性需要解決。目前的原型必須用電線連接起來，才能達(dá)到跳躍和爬行的高電壓，而且它仍然缺乏轉(zhuǎn)向能力。

Yun說：“接下來，我們將進(jìn)行研究，幫助機(jī)器人擺脫電線的限制，實(shí)現(xiàn)自由跳躍和爬行，我們將結(jié)合多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的可控跳躍和爬行?！彼赋觯搱F(tuán)隊(duì)可能會(huì)探索使用致動(dòng)器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

論文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10080980

審核編輯 ：李倩