近日，南加州大學(xué)的研究團隊制造出了一個長15毫米、重88毫克，只有甲蟲般大小的微型機器人“RoBeetle”。這篇論文剛剛登上了《Science》機器人子刊封面，一作楊秀峰本碩都就讀于華科。
“RoBeetle”使用“人造肌肉系統(tǒng)”爬行、爬坡，還能在背上負載其自重2.6倍的物體續(xù)航2小時之久。這只甲蟲機器人最大的特色是，它一改以往電池供電的傳統(tǒng)，用甲醇（CH3OH）作為燃料驅(qū)動。
楊秀峰說，未來這個微型機器人可能還會應(yīng)用于各種場景，比如協(xié)助完成人工授粉、環(huán)境監(jiān)測、進行基礎(chǔ)設(shè)施的檢查、完成自然災(zāi)害后的搜救任務(wù)等。
“RoBeetle”在不同坡度上的爬行速度
這篇論文題為《由催化人工肌肉驅(qū)動的88毫克昆蟲級自主爬行機器人（An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle）》，楊秀峰說：“我們想創(chuàng)造一種重量和大小都可以與真正的昆蟲相媲美的機器人”。由此，他們開發(fā)出了“RoBeetle”，并使其成為了“有史以來最輕、最小的自主機器人之一”。
論文登上《Science》機器人子刊封面
大多數(shù)的機器人都需要體積龐大且需要電力的電機，電池成為機器人運行的必需品，而電池的大小限制著機器人的“體型”，即使是最小的電池也有50毫克重的虎甲蟲重量的10~20倍。
為了克服這個問題，楊秀峰和他的同時設(shè)計了一種基于液體燃料的人造肌肉系統(tǒng)，也就是說這只“甲蟲機器人”以甲醇為原料，突破了原有機器人使用電池或插座供電的限制，而在效果方面，甲醇的能量儲存量還是相同質(zhì)量電池的10倍。
人造肌肉系統(tǒng)圖示
甲醇（CH3OH）是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，沸點為64.7℃。相比“RoBeetle”在燃料箱中儲滿95毫克燃料后長達2小時的續(xù)航能力，目前使用最小的電池驅(qū)動的爬行機器人重量達到1克，而這顆電池僅能支持機器人運行12分鐘。
承載不同重量的“RoBeetle”
這種人造“肌肉”由鎳鈦合金絲（也稱為鎳鈦諾）制成。與大多數(shù)遵循“熱脹冷縮”規(guī)律的金屬不同，鎳鈦合金絲在受熱的時候會收縮。
金屬絲上涂了一層鉑粉，以作為甲醇蒸汽燃燒的催化劑。當“RoBeetle”身上燃料箱產(chǎn)生的蒸汽在鉑粉上燃燒時，電線收縮，并且一系列微型閥門會緊跟著關(guān)閉以停止燃料繼續(xù)燃燒。
繼而，金屬絲冷卻膨脹，閥門再次打開，電線重新伸展。膨脹和收縮的人造肌肉通過傳輸機智連接到“RoBeetle”的前腿，促使這只甲蟲機器人的運動。這一系列的動作會在“RoBeetle”運行過程中一直重復(fù)，直至所有燃料耗盡。
研究團隊在玻璃等光滑材料、床墊等粗糙材料，以及傾斜表面上測試了他們的機器人，事實表明在這些情況下，“RoBeetle”都可以正常運行。
“RoBeetle”在不同材料上爬行
分別來自麻省理工學(xué)院(MIT)和哈佛大學(xué)(Harvard)的機器人專家瑞安?特魯比(Ryan Truby)和李曙光(Shuguang Li)在附帶的一篇評論中寫道，RoBeetle是“一個令人興奮的微型機器人里程碑”，但他們認為這個微型機器人還有進步的空間，比如它現(xiàn)在只能連續(xù)向前運動，這會限制它執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力。
來源：New Scientist
微信公眾號
陜公安備61080202000314號