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全球最小四足机器人:比蚂蚁的头还小

当年ICRA 2016上最小的机器人

在2016年的IEEE机器人与自动化国际会议(ICRA 2016)上,一个重量不足2克的机器人成为当时世界上最小的机器人。

这个机器人只有20毫米长,臀部距离地面高度为5.6毫米,重量约为1.6克。

它并不是个全自动化的机器人,更像是一块小磁铁。通过磁力驱动,它可以在任何表面行进,在平坦地面上的移动速度约为78毫米/秒。

后来,又有很多微型机器人相继出现。

比如麻省理工学院研究者们创造的只有人类卵细胞大小的机器人,可以感知周围的环境、存储数据以及开展一些计算任务。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)等高校的研究人员受细菌启发,联合研发出的一种可以在有黏性或快速流动的液体中游动的微型机器人。

让机器人变得越来越小,对于一些科学家来说是个有趣的挑战。

?#22791;?#20004;年,小了10倍!

研发了一款与原先的“小磁铁”设计基本相同,但比原先小了10倍的四足机器人。

?#22791;?#20004;年多,马里兰大学的Ryan St. Pierre教授又“打破纪录”,

它只有1?#37327;?#37325;,2.5毫米长,比蚂蚁的头还小。

准确的说,这款机器人是最小的用腿移动得最快的微型机器人之一。

和那些模拟昆虫外形的微型机器人相比,这个机器人的外观看起来似乎较为普通。那些?#20154;?#26356;小的微型机器人,通常不采用腿作为移动方式。

似乎很难凭想象知?#28010;?#21040;?#23376;?#22810;小,把它与干燥处理后的子弹蚁(Paraponera clavata)头部对比一下:

它的设计其实是基于像RHex那样的旋转腿机器人,而Rhex的质量是它的100多万倍。

这个微型机器人的尺寸是2.5毫米×1.6毫米×0.7毫米。别看它如此娇小,

腾跃?#35762;教?#21450;不同?#25945;?#30340;优势

其运动速度可达37.3毫米/秒,相当于每秒可前进近15个身长的距离。

你有没有发现,这个小机器人跑起来并不慢。

它的腿由外部磁场驱动,磁场作用在?#24230;?#26426;器人臀部的微小立方体磁体上带动机器人四足转动,推动机器人前进。

与它的前辈一样,这款机器人小到无法使用传统的电机或电子产品来“赋能”。

这款机器人的“抗疲劳能力“似乎也很强大,

所有的磁体以相同的?#36739;?#23433;装在其臀部,如此一来,它能实现一种腾跃式的?#25945;还?#36890;过稍微调整一下这些磁体,可以实?#26234;?#20542;、慢跑、摇摆等其他?#25945;?#22312;100万个驱动周期测试后,“没有明显的磨损或性能下降的迹象”。

选择这种腾跃?#35762;教?#20197;及不同?#25945;?#30340;潜在好处是可以通过选择磁体相对于彼此的?#36739;?#26469;物理方式地编程?#25945;?/strong>

Ryan St. Pierre教授表示,最初,他将所有四块磁体以相同的?#36739;?#23433;装,制作出了腾跃?#35762;教?#22312;后来的迭代中,Ryan则通过使?#36234;?#32447;磁体的?#36739;?#30456;似实现了一种小跑步。当涉及在平滑和粗糙的地形上运动时,选择怎样的?#25945;?#26368;终是一个重要的问题,甚?#37327;?#33021;需要在遇到不同的地形?#22791;?#21464;?#25945;?#32780;这是目前通过磁力驱动无法实现的。

小身形,有大作用

更小的机器人可以到达大型机器人无法到达的地方,各种尺寸的应用?#27493;?#22686;加机器人的用武之地。

这项工作最直接的应用是理解?#37327;?#32423;机器人和生物的腿式运动的动力学,并建立关于蚂蚁如何奔跑的更有代表性的物理和计算模型。

例如,为研究蚂蚁如何运动提供了一个更?#21448;?#35266;的模型。随着对这一量级物体动力学的了解不断深入,研究者们可以?#28304;?#20026;指导,设计出具有更多功能的微型机器人。“?#38498;量思对?#21160;基本原理的更好理解?#27493;?#20026;这些小尺寸自主机器人的设计和控制提供依据。”

还能变得更小吗?

下一步,Ryan还将继续研究并制作更小的机器人。

他认为这取决于磁性材料和机器人主体的可用制造?#38469;酢?/p>

因此,下一代最小四足机器人或许很难再沿用现在的外观设计和驱动模式。

当机器人体积过小,关节在运动中产生的摩擦力将变成影响其运动的主要因素,这需要通过增加腿长来增?#20248;?#30697;,然而,“大长腿”会一定程度上降低运动效?#30465;?/p>

Ryan教授在论文中表示,要想把机器人缩小到比目前的1?#37327;?#30340;还要小,最终可能需要改变运动策略。但是,缩小尺寸、并使用相同的设计和驱动?#38469;酰步?#26377;助于深入了解陆地生物的腿部运动,解开运动的基本限制之谜,并可能让我们得以了解生物系统中的进化压力。

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