Water Skimmer RobotPhoto Credit : WSU Photo Services

華盛頓州立大學的研究人員開發出最小、最快的 微型 機器人 ,有望變革人工授粉到手術等領域。這些機器人利用形狀記憶合金進行運動,顯著輕於且快於以前的型號,並透過模仿自然昆蟲行為來追求更高的自主性和效率。

華盛頓州立大學開發出的兩個昆蟲狀機器人,即微型蟲子和水黽,是有史以來已知創造出的最小、最輕、最快的全功能 微型 機器人 。

這種 微型 機器人 未來可望用於人工授粉、搜救、環境監控、微型製造或機器人輔助手術等領域。研究人員在 IEEE 機器人與自動化協會的國際智慧型機器人和系統會議報告中指出,微型蟲子的重量為 8 毫克,而水黽的重量為 55 毫克。兩者都能以每秒約 6 毫米的速度移動。

速度和小型化的突破

「與此規模的其他 微型 機器人 相比,這是很快速的,儘管它仍落後於其生物親戚。」機械與材料工程學院博士生、該研究的首席作者康納·特里格斯塔德表示。螞蟻通常重達 5 毫克,每秒可移動近一米。

微型 機器人 的關鍵在於讓機器人移動的微型致動器。特里格斯塔德使用一種新的製造技術將致動器小型化至小於一毫克,是有史以來已知製造出的最小致動器。

「這些致動器是為 微型 機器人 開發出的最小、最快的致動器。」WSU 機械與材料工程學院弗拉赫蒂工程副教授、領導該項目的內斯特·O·佩雷斯-阿朗西比亞表示。

先進的致動器技術

致動器使用一種稱為形狀記憶合金的材料,這種材料在加熱時能夠改變形狀。它之所以稱為「形狀記憶」,是因為它會記住並返回其原始形狀。與會移動機器人的典型馬達不同,這些合金沒有任何移動部件或旋轉部件。

「它們在機械上非常可靠。」特里格斯塔德表示。「超輕量致動器的開發為 微型 機器人 領域開闢了新的領域。」

形狀記憶合金通常不用於大規模機器人運動,因為它們太慢了。然而,在 WSU 機器人的情況下,致動器由兩條直徑為 1/1000 英寸的微小形狀記憶合金線組成。通過少量電流,這些線可以輕鬆地加熱和冷卻,使機器人每秒最多能拍動 40 次翅膀或移動腳。在初步測試中,致動器也能夠舉起其自身重量的 150 倍以上。

與用於讓機器人移動的其他技術相比,SMA 技術也只需要極少量的電力或熱量就能讓它們移動。

未來的方向和改進

「SMA 系統需要更不複雜的系統來為它們供電。」特里格斯塔德表示。

特里格斯塔德是一位狂熱的飛蠅釣客,他長期觀察水黽,並希望進一步研究它們的動作。雖然 WSU 水黽機器人進行平坦拍打動作來移動自己,但天然昆蟲會用腿進行更有效的划槳動作,這是實物能移動得更快的其中一個原因。

研究人員希望複製另一種昆蟲並開發出一種既能在水面上移動,也能在水下移動的水黽型機器人。他們也致力於使用微型電池或催化燃燒,讓他們的機器人完全自主且不受電源束縛。

作者: GOTCN編輯部