蟑螂機(jī)器人開辟的新環(huán)境_水上水下漫步

在自然界中，蟑螂可以在水下存活長達(dá)30分鐘。現(xiàn)在，蟑螂機(jī)器人可以做得更好。哈佛大學(xué)的Ambulatory Microrobot，被稱為HAMR，可以在陸地上行走，在水面上游泳，并在必要時(shí)可以在水下行走，為這個(gè)小機(jī)器人的探索開辟了新的環(huán)境。

下一代蟑螂機(jī)器人HAMR使用多功能腳墊，當(dāng)HAMR需要游泳時(shí)，它可以依靠表面張力和表面張力引起的浮力浮在水面，但是當(dāng)HAMR需要下沉?xí)r也可以施加電壓來破壞水面。這個(gè)過程稱為電潤濕，是在施加的電壓下材料與水表面之間的接觸角的減小。接觸角的這種變化使物體更容易破壞水面。

在水面上移動(dòng)允許微型機(jī)器人躲避浸沒的障礙物并減少阻力。使用四對不對稱襟翼和定制設(shè)計(jì)的游泳步態(tài)，HAMR機(jī)載槳在水面上游泳。利用機(jī)器人的被動(dòng)襟翼和周圍水之間的不穩(wěn)定相互作用，機(jī)器人產(chǎn)生類似于潛水甲蟲的游泳步態(tài)。 這允許機(jī)器人有效地向前游泳和轉(zhuǎn)彎。

“這項(xiàng)研究表明，微型機(jī)器人可以利用微觀物理在這種情況下表面張力，來執(zhí)行對大型機(jī)器人具有挑戰(zhàn)性的功能和能力，”哈佛大學(xué)John A. Paulson工程與應(yīng)用學(xué)院（SEAS）博士后研究員，該論文的第一作者Kevin Chen說。

最新研究成果發(fā)表在《自然通信（Nature Communications）》雜志上。

SEAS的研究生、論文的共同作者Neel Doshi表示，“HAMR的尺寸是其表現(xiàn)的關(guān)鍵。如果它更大，那么通過表面張力來支撐機(jī)器人將是極大的挑戰(zhàn)，但如果它小得多，機(jī)器人可能無法產(chǎn)生足夠的力來打破水面?！?/p>

HAMR重1.65克（大約和一個(gè)大的回形針一樣多），可以攜帶1.44克的額外有效載荷而不會(huì)下沉，并且可以以高達(dá)10赫茲的頻率劃動(dòng)它的腿。它被聚對二甲苯包裹，以免在水下短路。

一旦低于水面，HAMR使用相同的步態(tài)，就像在干地上行走一樣，并且同樣具有移動(dòng)性。為了能重新回到陸地上，HAMR面臨著巨大的挑戰(zhàn)。水平面張力是機(jī)器人重量的兩倍，向下推動(dòng)機(jī)器人，此外，誘發(fā)的扭矩會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人后腿摩擦力的急劇增加。研究人員加強(qiáng)了機(jī)器人的傳動(dòng)，并在機(jī)器人的前腿上安裝了軟墊，以增加有效載荷，并在攀爬過程中重新分配摩擦力。最后，沿著適度的斜

資深作者、SEAS 工程與應(yīng)用科學(xué)Charles River教授、哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所核心教員Robert Wood表示，“這個(gè)機(jī)器人很好地展示了小型機(jī)器人遇到的一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇。收縮帶來了增加流動(dòng)性的機(jī)會(huì)，比如在水面上行走，但也面臨挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為在更大的尺度上的力量可以在昆蟲大小的機(jī)器人領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位?！?/p>

未來，研究人員希望進(jìn)一步改善HAMR的運(yùn)動(dòng)，并找到一種無需坡道就能返回陸地的方法，可能采用壁虎式粘合劑或脈沖跳躍機(jī)制。