最小、最轻、最快的微型机器人来了

本报讯 春夏之际的池塘里，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，快速跑掉。

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以每秒1米多的速度滑行。受水黾启发，美国华盛顿州立大学的研究人员研发出两款微型机器人——MiniBug和WaterStride，它们是迄今最小、最轻、最快的全功能微型机器人。

研究团队在IEEE机器人与自动化学会日前召开的智能机器人与系统国际会议上表示，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等领域。

MiniBug重约8毫克、WaterStride重约55毫克，二者都能以每秒6毫米的速度移动。

“尽管移动速度仍然慢于它们的原型生物，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，他经常观察浮在水面上的水黾，并研究它们的运动方式。

微型机器人的关键在于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。

“这些致动器是有史以来为微型机器人开发的最小、最快的。”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。这种材料是有“记忆”的合金，能够随压力或温度变化而变形，且能恢复到初始形状。与驱使机器人移动的传统致动器不同，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，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，该致动器能够举起自身重量150倍的重物。

目前，WaterStride能通过拍打动作移动，但真正的水黾会通过更有效的腿部划动来移动，这是其速度远超微型机器人的原因之一。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机器人。

研究者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，不受电源的束缚。

（徐锐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1109/IROS55552.2023.10342518