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美国科学家研发出以昆虫为模型的微型机器人

2024-02-06 09:28 性质:原创 作者:南山 来源:AGV
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WaterStrider 机器人采用了号称世界上最小、最轻的形状记忆执行器美国华盛顿州立大学研制的两种昆虫型机器人--迷你虫和水黾--是目前已知最小、最轻、最快的全功能微型机器人。这种微型机器人有朝...

WaterStrider 机器人采用了号称世界上最小、最轻的形状记忆执行器

美国华盛顿州立大学研制的两种昆虫型机器人--迷你虫和水黾--是目前已知最小、最轻、最快的全功能微型机器人。

这种微型机器人有朝一日可用于人工授粉、搜救、环境监测、微型制造或机器人辅助手术等领域。他们在电气和电子工程师学会机器人与自动化协会的智能机器人系统国际会议论文集上报告了他们的研究成果,微型虫子重8毫克,而水黾重55毫克。两者都能以每秒约六毫米的速度移动。

华盛顿州立大学机械与材料工程学院的博士生、这项研究的第一作者康纳-特里格斯塔德(Conor Trygstad)说:"与这种规模的其他微型机器人相比,这个速度已经很快了,不过仍然落后于它们的生物亲戚。一只蚂蚁通常重达五毫克,移动速度可达每秒近一米。"

这些微型机器人的关键在于它们的微小致动器。特里格斯塔德利用一种新的制造技术,将致动器微型化到不到一毫克,这是目前已知的最小的致动器。

领导该项目的西悉尼大学机械与材料工程学院工程学副教授 Néstor O. Pérez-Arancibia 说:"这些致动器是迄今为止为微型机器人开发的最小、最快的致动器。"

致动器使用一种称为形状记忆合金的材料,这种材料在加热时能够改变形状。之所以称其为 "形状记忆",是因为它能记住并恢复到原来的形状。与移动机器人的典型电机不同,这些合金没有任何活动部件或旋转组件。

执行器设计的进步使得我们能够制造出微小、功能齐全的 WaterStrider 和 MiniBug 机器人。

"它们的机械性能非常好。"Trygstad 说。"轻型致动器的开发开辟了微型机器人的新领域。"

形状记忆合金一般不用于大规模机器人运动,因为它们的速度太慢。然而,在 WSU 机器人的案例中,致动器是由两根直径为 1/1000 英寸的微小形状记忆合金线制成的。只需少量电流,这些金属丝就能轻松加热和冷却,使机器人能够以每秒 40 次的速度扇动鳍或移动脚。在初步测试中,致动器还能举起超过自身重量 150 倍的物体。

与其他用于使机器人移动的技术相比,SMA 技术也只需要极少量的电力或热量就能使机器人移动。

Trygstad 说:"SMA系统对供电系统的要求要低得多。"

Trygstad 是一位狂热的飞蝇钓鱼爱好者,他长期以来一直在观察水黾,并希望进一步研究它们的运动。虽然西悉尼大学的水黾机器人是用扁平的拍打运动来移动自己,但自然界的昆虫是用腿做更有效的划船运动,这也是真实昆虫能移动得更快的原因之一。

研究人员希望仿造另一种昆虫,开发一种既能在水面上移动,又能在水面下移动的水黾型机器人。他们还在努力使用微型电池或催化燃烧技术,使机器人完全自主,不受电源的束缚。

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