作者:许悦 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/25 15:49:36
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最小、最轻、最快的仿昆虫微型机器人来了

 

春夏之际的池塘水面上,总能看到长着6条大长腿的“大蚊子”趴在水面上,一受惊,它们就施展“水上漂”“凌波微步”等绝世神功,快速移动。

这种“大蚊子”叫水黾,是一种常见的小型水生昆虫,它们在水面张力的支持下可以以每秒1米多的速度滑行。

受这种昆虫启发,美国华盛顿州立大学的研究人员研发出了两款微型机器人——MiniBug 和WaterStride。

研究团队在IEEE机器人与自动化学会的智能机器人与系统国际会议上表示,它们是迄今最小、最轻、最快的全功能微型机器人。这类微型机器人有望用于人工授粉、搜救、环境监测、微型制造或外科手术机器人等领域。

MiniBug重约8毫克、WaterStride重约55毫克,两者都能以每秒6毫米的速度移动。

“尽管其移动速度仍然低于它们的原型生物,但与其他微型机器人相比已经很快了。”该研究主要作者、华盛顿州立大学博士生Conor Trygstad说,作为飞钓爱好者,他经常能观察到浮在水面上的水黾,并研究它们的运动方式。

微型机器人的关键所在是使其移动的微型致动器。Trygstad用一种新的制造技术将致动器进一步小型化,其总重不到1毫克,是迄今最小的致动器。

“这些致动器是有史以来为微型机器人开发的最小、最快的致动器。”领导该研究的华盛顿州立大学副教授Néstor O. Pérez-Arancibia表示。

研究人员介绍,该致动器使用了形状记忆合金材料。这种材料如其名,是有“记忆”的合金,它们随压力或温度变化而变形后,还能恢复到初始形状。与驱使机器人移动的典型电机不同,这类合金不需要配备任何移动部件或旋转部件。

“它们的机械性能非常好。超轻致动器的开发为微型机器人研制开辟了新领域。”Trygstad说。

上述微型机器人的致动器由两条直径为1/1000英寸的微小形状记忆合金线制成。只要有微小的电流通过,合金线就可以被加热,而且极易冷却,这使机器人能够以每秒40次的速度拍打“鳍”或移动“脚”。在初步测试中,该致动器能够举起其自身重量150倍的重物。

目前,WaterStride会通过扁平的拍打动作移动,但真正的水黾会通过更有效的腿部划动来移动,使其移动速度远超微型机器人这个模仿者的原因之一。此外,研究人员希望参考另外一种昆虫,开发出一种在水面以上和以下均可移动的类似WaterStride的机器人。他们还致力于使用微型电池或催化燃烧法,使机器人能够完全自主,不受电源影响。

相关论文信息:https://doi.org/10.1109/IROS55552.2023.10342518

 
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