互联网资讯 / 人工智能 · 2023年11月4日 0

88毫克微型机器人使用酒精作为能源可持续工作2小时

微型机器人能够在极为狭窄的空间内灵活移动,这是人类和传统机器人无法实现的。然而,由于其体积极小,功率和控制能力受到限制,目前的技术尚未能让它们有效应对社会问题。

最近,南加州大学的研究团队开发出了一款酒精驱动的微型昆虫机器人,为解决微型机器人的能源问题提供了新思路,向研发完全自主的微型机器人迈出了重要一步。

88毫克微型机器人使用酒精作为能源可持续工作2小时

这款微型机器人名为RoBeetle,与其他依赖电池或外部电源的微型机器人不同,它的动力来源是甲醇。它的尺寸为15毫米,重量仅为88毫克(大约相当于三粒大米),但却能拖动自身重量2.6倍的物体。RoBeetle能够携带95毫克的燃料,最多可持续工作2小时。

相关研究《An 88-MilligRaM insect-scale autonOMOUS cRawling Robot dRiven by a catalytic aRtificial MUScle》于8月19日发表在《科学机器人》期刊上,主要作者为南加州大学航空航天与机械工程系助理教授Néstor O. Pérez-Arancibia及其博士生Xiufeng Yang和Longlong Chang。

研究人员在论文中提到,大多数昆虫的肌肉发达,能够支持其进行剧烈运动。同时,它们的身体结构使得能量以脂肪和糖原的形式储存。受此启发,研究团队开发了坚固可靠的微型人工肌肉,能够像真实肌肉那样进行收缩和放松。

88毫克微型机器人使用酒精作为能源可持续工作2小时

最引人关注的是,人工肌肉的能量来源为甲醇。传统微型机器人通常依靠电池或外接电源,前者因体积所限,其比能量往往较低(低于1.8MJ/kg),而后者则限制了机器人的独立性。甲醇在常规气压下以液态储存,其能量密度超过小型电池的10倍。这意味着,采用甲醇驱动的微型机器人拥有更强的自主性,同时能够保持较小的体积。

该动力系统中的镍钛合金线表面涂覆有铂(Pt)粉末,能够催化甲醇的燃烧。燃烧过程中产生的热量使得机器人腿部的电线收缩。化学反应停止后,电线冷却并重新延伸,从而驱动RoBeetle移动。

为了验证甲醇驱动下机器人的运动能力,研究人员进行了两组实验。

88毫克微型机器人使用酒精作为能源可持续工作2小时

在爬坡实验中,研究团队在倾斜的载玻片上放置了一张光滑的纸巾,并调整斜面的倾斜角度以测试RoBeetle的爬坡能力。结果表明,该机器人能够轻松爬上5°和10°的斜坡,但在15°的斜坡上则无法继续。此外,由于液态甲醇具有粘性,倾斜角度对其在储存箱中的分布几乎没有影响。

88毫克微型机器人使用酒精作为能源可持续工作2小时

在第二组实验中,研究人员测试了RoBeetle在不同粗糙程度表面上的爬行能力。结果显示,机器人可以在纸巾和泡沫表面上顺利移动,但在光滑的玻璃表面则无法前行。同时,研究人员进一步探讨了RoBeetle的载物能力,发现其能够拖动自身重量2.6倍的物体。

研究团队表示,RoBeetle的动力设计可以作为开发能够在水陆空自由移动的自主微型机器人的模型。

Pérez-Arancibia指出,他们研发的甲醇驱动人工肌肉代表了该领域的重大突破,未来将推动他们制造出第一个完全自动的微型飞行机器人。他们的下一步计划是研究如何在RoBeetle工作时为其添加燃料,从而实现长时间的持续工作。

此外,研究人员还计划对RoBeetle进行编程,允许操作者与其互动。如果成功,RoBeetle将能够充当人工授粉器,或者帮助医生进行复杂的手术。

然而,在一篇评论文章中,美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的博士后研究员Ryan L. Truby和哈佛大学工程与应用科学学院的博士后研究员李曙光指出:“尽管RoBeetle是一个激动人心的微型机器人里程碑,但仍有改进的空间。”

评论中提到,RoBeetle的运动速度仅为0.76毫米每秒,远低于其他微型机器人的水平。同时,该机器人只能向前移动,操控者无法控制其转向和速度。此外,研究团队放弃了传统的电子控制器,这使得机器人的功能升级变得更加困难,并限制了外部控制与互动。