昆虫大小的机器人以猎豹的敏捷性在迷宫中穿行

许多昆虫和蜘蛛都获得了不可思议的能力，它们可以借助专门的粘性足垫爬上墙壁并倒在天花板上行走，这些足垫使它们能够粘附在人类不敢去的地方的表面上。

加州大学伯克利分校的工程师利用其中一些脚垫背后的原理，称为静电粘附，创造了一种昆虫级机器人，可以像猎豹一样敏捷地转向和旋转，使其能够穿越复杂的地形并快速避开意想不到的障碍。

该机器人由一种薄的分层材料构成，当施加电压时，该材料会弯曲和收缩。在 2019 年的一篇论文中，研究团队证明，这种简单的设计可用于创建一个蟑螂大小的机器人，该机器人可以以每秒 20 个体长或每小时约 1.5 英里的速度在平面上疾驰——几乎是活蟑螂本身的速度，以及任何昆虫大小的机器人中最快的相对速度。

在一项新研究中，研究团队为机器人添加了两个静电脚垫。向任一脚垫施加电压会增加脚垫和表面之间的静电力，使脚垫更牢固地粘在表面上，并迫使机器人的其余部分围绕脚旋转。

两个脚垫使操作员可以完全控制机器人的轨迹，并允许机器人以超过大多数昆虫的向心加速度进行转弯。

“我们最初的机器人可以非常非常快地移动，但我们无法真正控制机器人向左还是向右移动，而且很多时候它会随机移动，因为如果制造过程中存在细微差别——如果机器人不是对称的——它会偏向一侧，”加州大学伯克利分校机械工程教授 Liwei Lin 说。“在这项工作中，主要的创新是添加这些脚垫，使其能够非常非常快地转弯。”

为了展示机器人的敏捷性，研究小组拍摄了机器人在乐高迷宫中导航的过程，同时携带一个小型气体传感器并转弯以避免掉落的碎片。由于其简单的设计，机器人也可以在被 120 磅重的人类踩踏时幸存下来。

林说，像这样的小型、坚固的机器人非常适合进行搜救行动或调查其他危险情况，例如寻找潜在的气体泄漏。虽然该团队在“系绳”或通过一根小电线供电和控制时展示了机器人的大部分技能，但他们还创造了一个“不受束缚”的版本，可以在携带时使用电池供电长达 19 分钟 31 米气体传感器。

加州大学伯克利分校的工程师们创造了一种轻巧耐用的机器人，它通过调节脚和表面之间的静电力来实现精确的控制和敏捷性。像这样的小型、坚固的机器人非常适合进行搜救行动或调查其他危险情况，例如找出潜在的气体泄漏。图片来源：加州大学伯克利分校 照片由 Jiaming Liang 和 Liwei Lin 提供

“当今最大的挑战之一是制造较小规模的机器人，以保持较大机器人的力量和控制力，”林说。“对于更大型的机器人，你可以包含一个大电池和一个控制系统，没问题。但是当你试图将所有东西缩小到越来越小的规模时，这些元件的重量对机器人来说变得难以携带，而且机器人通常移动得非常慢。我们的机器人速度非常快，非常强壮，而且只需要很少的电量，因此它可以携带传感器和电子设备，同时还可以携带电池。”

标签： 机器人