匹兹堡大学微型“昆虫”机器人水陆两通，可在狭小缝隙中执行任务

大数据文摘授权转载自机器人大讲堂

自然界中蹦蹦跳跳的小昆虫带给了科学家无穷无尽的灵感。

它们能挤过最微小的裂缝，紧贴狭窄的空间并在恶劣的环境中生存：几乎没什么地方是它们进不去的。

 

来看看这个和蟋蟀差不多大小，长得却有点像蚊子的机器人：

这是匹兹堡大学的工程师们受昆虫启发而创造的微型机器人，多功能的运动和轻巧的结构使它们能够轻松地在各种表面移动，甚至能够在水面上跳跃。

这种微型机器人和昆虫一样，能够在难以到达的空间和荒凉的环境中执行任务，可用于进入密闭区域进行成像、环境评估、采集水样等任务。

 

电加热改变分子秩序

昆虫在跳跃时的运动有点像拉弓——先积聚能量，然后在冲动的爆发中释放能量，向前弹出去，这种方式比在表面上爬行更节能省力。

匹兹堡大学工业工程教授 M.Ravi Shankar 的实验室负责这项研究，他表示“通常，我们使用的人造肌肉的驱动相当缓慢，该如何使用这种人造肌肉让它来产生跳跃驱动而不是缓慢驱动呢？”

答案在于分子秩序和几何学的相互作用。

 

研究人员使用了液晶聚合物肌肉，这种材料具有高度有序的微结构，当被电加热时，内部的分子发生向列到各向同性的顺序转变，从而产生可逆的形状变化。

将液晶聚合物肌肉与与弯曲的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 薄膜组合，聚合物相当于肌肉，薄膜相当于弹簧，再封装一个微型电极提供焦耳热，仅需不到几伏的电激活，关闭电源即可自动复位。

“聚合物肌肉的弯曲复合形状使其在通电时能够产生能量。分子在肌肉中排列的方式从自然界中汲取灵感，它们的联合驱动将能量构建到结构中，” 该研究的合著者Mohsen Tabrizi博士说， “这是使用不超过几伏的电来完成的。”

水陆两通的微型机器人

利用这种方法可以制造不同结构与用途的微型机器人：

比如这只水蝇，它仅重120 毫克，可以轻轻的漂浮在水面上，它前方的脚可被快速致动，当加热时，机器人将脚插入水中，突破水的表面张力，以此提供向前的动力。

研究人员还制造了一种跳跃微型机器人，和蟋蟀大小差不多，可以通过致动前后脚，在砂砾中运动：

这项研究发表在AdvancedMaterials Technologies杂志上，题目为“Molecularly Directed, Geometrically Latched, Impulsive ActuationPowers Sub-Gram Scale Motility”，由 Junfeng Gao、Arul Clement、Mohsen Tabrizi 和 M. Ravi Shankar 合著。

“这些机器人可用于进入受限区域进行成像或环境评估，采集水样或进行结构评估，”以博士身份领导这项工作的高俊峰说，斯旺森工程学院工业工程专业的学生。“它们可以进入任何地方”。

 

论文原文：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100979

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