CICC科普栏目｜UC伯克利研发“果蝇”和“跳虫”！两种仿生昆虫微型机器人达同规模最小

最近，加州大学伯克利分校的研究人员设计了两种仿生昆虫微型机器人，一种可以跳跃，另一种可以扇动其人造翅膀。我们在这里简称两个为“跳虫”与“果蝇”。

在设计上，研究人员称，通过观察动物行为与比较发现，蚂蚁等昆虫因为需要爬过每一个障碍，通行效率较低，而蚂蚱可以通过弹跳的方式来越障，最终到达目的地。考虑到其它使用的场景，飞行类的仿生机器人对飞行场景的大气密度有所要求，而在地上弹跳的机器人只需要在有引力的场景下就可以使用。由此可以看出伯克利的研究人员对其仿生机器人在其它星球的使用场景也有所考虑。

世界最小仿生“果蝇“机器人

研究人员称，他们开发的第一个可以飞行的仿生机器人是世界上第一个有效模仿昆虫翅膀运动学的亚毫米翼飞行器，大多数小型扑翼微型机器人的质量均为100 mg。但是，在自然界中，微小的飞行昆虫（例如果蝇）的质量仅仅为1毫克，有些甚至更小。

研究人员解释说:“开发这种微型机器人的动机是为了缩小已经制造出来的机器人和可能制造出来的机器人之间的尺寸差距。”“我们的主要目标是利用机载发动机和机械装置，利用外部电力，演示这种规模的扑翼运动。”

小的飞虫一般通过扇动近乎大于自身体积的翅膀来产生升力。研究人员在开发这个机器人的过程中面临的一个关键挑战是设计一个小的执行器，使它能够产生足够大的动力来驱动人工翅膀。

为了解决与缩小微型机器人设计相关的问题，研究人员创造了一个旋转马达，它不需要任何放大机构就能工作。他们通过开发一种扭力弹簧来实现这一点，在这种扭力弹簧中，单个悬臂的小扭矩叠加起来，在共振时产生大的扭矩。

根据研究人员的设计，飞行机器人的特征尺寸可以缩小到只有100微米，甚至是1微米的尺寸。有意思的是，他们的“果蝇”机器人的制造周期较短。此外，它的工作电压低至70mV，这在未来也可以大规模应用。

迄今最轻的“跳虫“机器人

研究人员开发的第二个微型机器人是一个跳跃机器人，大小为17mm x 6mm x 14mm，仅重75毫克。这个绑着绳子的机器人每分钟可以跳跃6次，能完美的用脚着落。跳跃高度仅为8毫米，机器人每次跳跃大约消耗6.4微瓦的能量。

就像那个“果蝇”机器人一样，这个微型机器人也是同类机器人中最小的，至少在研究人员看来是这样的。事实上，在过去的研究中，最小的跳跃机器人携带的机载电源重量约为300毫克，在化学电源耗尽之前只能跳跃一次。

研究人员表示,“我们的目标是开发出一种重量在100毫克以下、可重复跳跃的机器人。”跳跃机器人在跳跃时通常用腿迅速地推动地面。这种跳跃的瞬时功率需求太高，无法用车载电机再现。为了克服这一挑战，之前的研究已经使用电机在板载机构中存储能量，然后快速释放能量，这使得机器人能够执行跳跃。

研究人员表示说:“电机很重，很难在小范围内制造，因此需要特殊的控制信号来实现。“跳跃机器人的单个电机通过积累小的旋转来产生连续的旋转运动。然后，这个动作被用来缠绕一根绳子，这根绳子的设计目的是拉动储能机构中的弹簧。当能量达到一个特定的阈值后，该机制迅速释放机器人储存的能量，最终使得机器人可以跳起。

研究人员补充说:“我们的马达使用的是一个简单的控制方案，我们用1毫克的光伏电池为它供电。当红外线激光照射到这些电池时，它们就会产生电流。”

令人印象深刻的是，研究人员成功制造出了迄今为止最小的翼展装置，其质量与果蝇相当。他们还成功地设计出了迄今为止最轻的、带有机载电源的自由跳跃机器人。

本文经授权转载自机器人大讲堂（ID：RoboSpeak），如需二次转载请联系原作者

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