圖源：pixabay

　　想象一下，成群的機(jī)器人昆蟲在執(zhí)行各種任務(wù)時(shí)在我們周圍移動(dòng)，它們?nèi)彳泤s堅(jiān)固，便于執(zhí)行各種高難度任務(wù)。這聽起來像科幻小說，但卻即將成為現(xiàn)實(shí)。

　　事實(shí)上，昆蟲一直是機(jī)器人學(xué)家靈感的源泉。其順應(yīng)性的機(jī)身使它們能夠從小開口中擠壓出來，并且對(duì)撞擊具有很高的彈性。柔軟的動(dòng)物也一樣使人類著迷，許多軟機(jī)器人的最新進(jìn)展已實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。然而，目前厘米級(jí)到分米級(jí)的軟機(jī)器人有兩個(gè)主要限制：首先，大多數(shù)軟執(zhí)行器的力和功率密度低，這意味著很少有軟機(jī)器人可以攜帶自己的電源，因此必須系繩；其次，缺乏集成的感官動(dòng)作反饋回路的功能阻止了軟機(jī)器人對(duì)環(huán)境的自主響應(yīng)。致動(dòng)、傳感器、計(jì)算單元和電源的集成在保持軟機(jī)器人的魯棒性和順應(yīng)性的同時(shí)具有挑戰(zhàn)性，但對(duì)于軟機(jī)器人的發(fā)展又必不可少。

　　瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（Swiss Federal Institute of Technology Lausanne）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種超輕型機(jī)器人昆蟲，它利用其柔軟的人造肌肉，可以以每秒3厘米的速度在不同類型的地形上移動(dòng)。最厲害的是，它可以折疊或壓扁，但仍可以繼續(xù)移動(dòng)。

圖源：文獻(xiàn)[1]

　　該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了該軟件機(jī)器人的兩個(gè)版本，稱為DEAnsect。第一個(gè)使用超細(xì)線束縛，非常堅(jiān)固。它可以折疊，用蒼蠅拍擊打或用鞋子壓扁，而不會(huì)影響其移動(dòng)能力。第二個(gè)是不受限制的模型，完全無線和自主，電池和所有電子組件背在背上。這種智能昆蟲配備了用于大腦和眼睛的光電二極管的微控制器，使其能夠識(shí)別黑白圖案，從而使DEAnsect能夠跟隨地面上繪制的任何線條。

　　DEAnsect機(jī)體具有三個(gè)低壓介電彈性體致動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)其三條腿，重190毫克，可以承載950毫克的有效載荷，也就是其自身體重的五倍。卸載的DEAnsect的移動(dòng)速度為30毫米/秒，并且由于其順應(yīng)性而非常堅(jiān)固。盡管工作電壓低于500伏，但是能夠驅(qū)動(dòng)780毫克的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備，包括光學(xué)傳感器，微控制器和電池，用于兩個(gè)通道以輸出450伏的頻率，頻率高達(dá)1千赫。

　　DEAnsect是由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的軟換能器實(shí)驗(yàn)室（LMTS）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與法國(guó)塞爾吉-蓬圖瓦茲大學(xué)（Université de Cergy-Pontoise）的集成致動(dòng)器實(shí)驗(yàn)室（LAI）合作開發(fā)的。該研究發(fā)表在《科學(xué)·機(jī)器人》上。

圖源：文獻(xiàn)[1]

　　DEAnsect配備了介電彈性體致動(dòng)器（DEAs），這是一種發(fā)稀的人造肌肉，可通過振動(dòng)推動(dòng)其前進(jìn)。這些DEA是昆蟲如此輕便快速的主要原因。它們還使它能夠在不同類型的地形上移動(dòng)，包括起伏的地面。

　　人造肌肉由夾在兩個(gè)軟電極之間的彈性體膜組成。當(dāng)施加電壓時(shí)，電極相互吸引，壓縮膜，當(dāng)電壓關(guān)閉時(shí)，膜恢復(fù)其初始形狀。昆蟲的三只腿都裝有這種肌肉。通過快速打開和關(guān)閉電壓（每秒超過400次）來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

　　該團(tuán)隊(duì)使用納米制造技術(shù)，通過減小彈性體膜的厚度并開發(fā)出只有幾個(gè)分子厚的柔軟，高導(dǎo)電性的電極，使人造肌肉能夠在相對(duì)較低的電壓下工作。這種巧妙的設(shè)計(jì)使研究人員可以大大減小電源的尺寸。

　　軟換能器實(shí)驗(yàn)室主管赫伯特·希亞（Herbert Shea）解釋說：“DEA通常在幾千伏的電壓下工作，這需要一個(gè)大型的電源裝置。我們的設(shè)計(jì)使重量?jī)H為0.2克的機(jī)器人能夠?qū)⑺璧囊磺袞|西背在背上。這項(xiàng)技術(shù)為將DEA廣泛應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)，智能機(jī)器人昆蟲群體，檢查或遠(yuǎn)程維修，甚至通過派遣機(jī)器人居住在昆蟲群落中而獲得了更深入的了解，開辟了新的可能性。”

　　目前正在與斯坦福大學(xué)合作開發(fā)不受限制的，完全軟化的版本。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，他們計(jì)劃為昆蟲安裝新的傳感器和發(fā)射器，使它們可以彼此直接通信。



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