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文 | 王穎
導(dǎo)語：世界各國在微型機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了不少研究成果，“昆蟲”機(jī)器人可以檢修管道，“螞蟻”機(jī)器人能夠翻越路障，“蜜蜂”機(jī)器人靠太陽能飛行。
最近，瑞士聯(lián)邦理工、哈佛機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室、英國謝菲爾德大學(xué)和麻省理工紛紛公布了最新研發(fā)的微型機(jī)器人，可以應(yīng)用于工業(yè)、通信和航空等各個領(lǐng)域，甚至還有能夠組裝任意種類機(jī)器人的微型電機(jī)。
微型機(jī)器人的應(yīng)用非常廣泛，可以進(jìn)入人類無法到達(dá)的環(huán)境進(jìn)行勘查，將圖像等信息傳輸回來，幫助人類完成許多困難任務(wù)。
為了更加了解這些不同種類的微型機(jī)器人的能力，我們盤點(diǎn)了瑞士、英國和美國大4種在技術(shù)上取得了新突破的代表性機(jī)器人，為大家做詳細(xì)介紹。
一、瑞士聯(lián)邦理工研發(fā)“螞蟻”機(jī)器人
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院研究小組受到螞蟻的啟發(fā)，開發(fā)了10克重的微型機(jī)器人，它們可以相互交流，彼此分配角色，一起完成復(fù)雜的任務(wù)。
這些三條腿的t型折紙機(jī)器人被稱為Tribots，只需折疊一疊多材料的薄片，幾分鐘就能組裝好，適合大規(guī)模生產(chǎn)。完全自主、不受束縛的Tribots配備了紅外和近距離傳感器，用于探測和通信。根據(jù)應(yīng)用程序的不同，它們可以容納更多的傳感器。
Tribots能夠彼此交流，進(jìn)行集體行動，它們的設(shè)計非常簡單，單個機(jī)器人重量僅有10克，可以通過多種運(yùn)動模式在任何類型的表面進(jìn)行導(dǎo)航。研究人員已經(jīng)在Nature雜志上發(fā)表了他們的研究成果。
總的來說，他們可以快速檢測并克服障礙物，通過并移動比自身更大更重的物體。
研究人員表示，Tribots的設(shè)計模仿了齒象蟻的行動方式，為了躲避捕食者，它們會從一片葉子跳到另一片葉子上。Tribots機(jī)器人通過折疊的設(shè)計復(fù)制了這種彈射機(jī)構(gòu)，同時結(jié)合了多個形狀記憶合金驅(qū)動器，一個機(jī)器人可以完成三種不同方式的運(yùn)動，包括垂直和水平爬行、滾動、跳躍。
每個機(jī)器人根據(jù)情況被分配特定的角色?！疤剿髡摺碧綔y路徑中的物理障礙物，例如物體，山谷和山脈。在檢測到障礙物后，通知其他隊(duì)員。然后，“領(lǐng)導(dǎo)者”給出指示。與此同時，“工人”集中力量移動物體?！懊總€Tribot，團(tuán)隊(duì)中的螞蟻一樣，可以扮演不同的角色。面對新任務(wù)或未知環(huán)境時，每個Tribot都可以隨時承擔(dān)新角色。
二、史上最輕機(jī)器人，僅重259毫克
哈佛微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了一款史上最輕的飛行機(jī)器人，重量僅有259毫克。這款新型機(jī)器人和蜜蜂非常相似，被稱為RoboBee X-Wing，不需要電池提供動力，只需太陽能供電就能持續(xù)飛行。
RoboBee X-Wing的設(shè)計采用了創(chuàng)新的四翼結(jié)構(gòu)，通過前后擺動產(chǎn)生足夠的升力。飛行器僅重90毫克，翼展3.5厘米，整個集成系統(tǒng)重259毫克，高6.5厘米。
RoboBee X-Wing使用重量約為10毫克的微型太陽能電池供電，為了提高飛行效率，還增加了一對額外的機(jī)翼。
目前，市場上最小的太陽能電池重量為10毫克，最大程度吸收太陽能時，每毫克可獲得0.76毫瓦功率的電量，受到太陽能供電的限制，Robobee X-Wing是無法完成長時間的室外飛行的。
但Robert Wood帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)解決了這個問題，他說：“動力飛行因?yàn)橘|(zhì)量和動力之間的權(quán)衡，在小規(guī)模的飛行器上是一個很大的問題，即使是最小的商用電池也比機(jī)器人重的多，我們創(chuàng)造了極輕量級多電源電路，并集成了高效的太陽能電池?！?/p>
三、微型機(jī)器人被用于管道檢修
2018年，英國政府與包括謝菲爾德在內(nèi)的六所大學(xué)開展了一項(xiàng)耗資3500萬美元的研究，開發(fā)“昆蟲機(jī)器人”，用于修復(fù)地下管道網(wǎng)絡(luò)。
英國謝菲爾德大學(xué)機(jī)械工程教授Kirill Horoshenkov和他的團(tuán)隊(duì)在地下管道中部署了大量微型“昆蟲”機(jī)器人，使用管道內(nèi)傳感器將檢測信息傳輸給機(jī)器人。
受到微型管道機(jī)器人的啟發(fā)，勞斯萊斯工程師開發(fā)了依靠用于飛機(jī)引擎修理的微型機(jī)器人。他們表示，如果飛機(jī)引擎的檢測修理工作由人工來完成，或許需要5個小時，但有了這些微型機(jī)器人，它們可能只需要5分鐘就能完成整個檢測和修理過程。
▲目前市面已有的管道機(jī)器人
2019年2月，測試設(shè)備供應(yīng)商Eddyfi收購了半自動爬行系統(tǒng)機(jī)器人制造商Inuktun，Eddyfi的CEO Martin th riault表示，將Inuktun的機(jī)器人與Eddyfi的傳感器和儀器相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)按客戶要求定制解決方案。
雖然目前大多數(shù)微型機(jī)器人技術(shù)都專注于檢測，但微型機(jī)器人將有很大可能被用于修復(fù)管道。
四、微型電機(jī)能夠任意組裝機(jī)器人
麻省理工學(xué)院近日公開了他們最近研發(fā)的一種微型可移動電機(jī)，這種電機(jī)，只是一個帶有一些結(jié)構(gòu)部件的磁鐵和線圈，但它可以來回“行走”，或者使更復(fù)雜的機(jī)器的齒輪來回移動。
這種微型移動電機(jī)和其他微型核心機(jī)器，如果能夠應(yīng)用在更廣泛的機(jī)器人設(shè)計中，將可能把機(jī)器人的組裝變得更有靈活性，比如農(nóng)業(yè)機(jī)器人、救災(zāi)機(jī)器人或其他各類機(jī)器人。
此前，他們已經(jīng)展示了其他核心部件可以由類似的基本成分組裝而成，未來，這些微型核心機(jī)器實(shí)際上可以自動自組裝成更大的結(jié)構(gòu)，能夠執(zhí)行特定的任務(wù)。
結(jié)語：微型機(jī)器人可幫助人類高效工作
研究人員不斷研發(fā)出能夠適用于更多工作環(huán)境的微型機(jī)器人，有專門用于管道檢修的“昆蟲”機(jī)器人，不需要電力就能飛行的“蜜蜂”機(jī)器人，甚至還有能夠組裝任意種類機(jī)器人的微型電機(jī)。
這些微型機(jī)器人如果實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將能夠用于完成各種人類不愿或不能完成的工作。
在更多的危險情況下，比如完成搜索救援工作時，微型機(jī)器人能夠到達(dá)人類很難進(jìn)入的環(huán)境中，最大程度的保護(hù)人類安全的同時更高效的完成任務(wù)。
