微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面

智东西(公众号:zhidxcom)
编 | 信仪

智东西8月20日消息,近日,南加州大学的研究团队制造出了一个长15毫米、重88毫克,只有甲虫般大小的微型机器人“RoBeetle”。这篇论文刚刚登上了《Science》机器人子刊封面,一作杨秀峰本硕都就读于华科。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲杨秀峰

“RoBeetle”使用“人造肌肉系统”爬行、爬坡,还能在背上负载其自重2.6倍的物体续航2小时之久。这只甲虫机器人最大的特色是,它一改以往电池供电的传统,用甲醇(CH3OH)作为燃料驱动,而甲醇也是“假酒”中一种对人体有害的成分。

杨秀峰说,未来这个微型机器人可能还会应用于各种场景,比如协助完成人工授粉、环境监测、进行基础设施的检查、完成自然灾害后的搜救任务等。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲“RoBeetle”在不同坡度上的爬行速度

这篇论文题为《由催化人工肌肉驱动的88毫克昆虫级自主爬行机器人(An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle)》,杨秀峰说:“我们想创造一种重量和大小都可以与真正的昆虫相媲美的机器人”。由此,他们开发出了“RoBeetle”,并使其成为了“有史以来最轻、最小的自主机器人之一”。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲论文登上《Science》机器人子刊封面

大多数的机器人都需要体积庞大且需要电力的电机,电池成为机器人运行的必需品,而电池的大小限制着机器人的“体型”,即使是最小的电池也有50毫克重的虎甲虫重量的10~20倍。

为了克服这个问题,杨秀峰和他的同时设计了一种基于液体燃料的人造肌肉系统,也就是说这只“甲虫机器人”以甲醇为原料,突破了原有机器人使用电池或插座供电的限制,而在效果方面,甲醇的能量储存量还是相同质量电池的10倍。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲人造肌肉系统图示

甲醇(CH3OH)是结构最为简单的饱和一元醇,沸点为64.7℃,它通常被用于制造甲醛和农药,并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

相比“RoBeetle”在燃料箱中储满95毫克燃料后长达2小时的续航能力,目前使用最小的电池驱动的爬行机器人重量达到1克,而这颗电池仅能支持机器人运行12分钟。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲承载不同重量的“RoBeetle”

这种人造“肌肉”由镍钛合金丝(也称为镍钛诺)制成。与大多数遵循“热胀冷缩”规律的金属不同,镍钛合金丝在受热的时候会收缩。

金属丝上涂了一层铂粉,以作为甲醇蒸汽燃烧的催化剂。当“RoBeetle”身上燃料箱产生的蒸汽在铂粉上燃烧时,电线收缩,并且一系列微型阀门会紧跟着关闭以停止燃料继续燃烧。

继而,金属丝冷却膨胀,阀门再次打开,电线重新伸展。膨胀和收缩的人造肌肉通过传输机智连接到“RoBeetle”的前腿,促使这只甲虫机器人的运动。这一系列的动作会在“RoBeetle”运行过程中一直重复,直至所有燃料耗尽。

研究团队在玻璃等光滑材料、床垫等粗糙材料,以及倾斜表面上测试了他们的机器人,事实表明在这些情况下,“RoBeetle”都可以正常运行。

微型机器人里程碑!喝甲醇的“甲虫”登上《Science》子刊封面▲“RoBeetle”在不同材料上爬行

分别来自麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)的机器人专家瑞安•特鲁比(Ryan Truby)和李曙光(Shuguang Li)在附带的一篇评论中写道,RoBeetle是“一个令人兴奋的微型机器人里程碑”,但他们认为这个微型机器人还有进步的空间,比如它现在只能连续向前运动,这会限制它执行复杂任务的能力。

论文:https://robotics.sciencemag.org/content/5/45/eaba0015

来源:Tech Xplore、New Scientist