下一代蟑螂机器人在水上行走,游泳


这个臭虫大小的机器人在陆地、水下和两者之间的表面张力上滑冰。


陈玉峰、尼尔 · 多希和本杰明 · 戈德堡/哈佛大学

蟑螂可以在水下存活 30 分钟,但是哈佛大学的研究人员已经建造了一种可以存活更长时间的机器人。

哈佛大学的可行走的微型机器人,被称为 HAMR,不仅可以穿越陆地,还可以划过水面,在水下行走。这为机器人探索开辟了新的环境。

如论文所述输入自然通信,HAMR 使用多功能脚垫,由于表面张力引起的浮力,可以让机器人在水上行走。使用一种叫做电润湿的过程,当哈姆尔需要下沉时,它还可以施加电压来减小水与其脚之间的角度,从而打破水面。

划桨运动是使用四对不对称的皮瓣和定制设计的游泳步态来完成的,与那些没有什么不同被潜水甲虫使用。通过穿越水面,微型机器人可以避开水下障碍物。这也通过保持机器人的身体高于水来减少阻力。

“这项研究表明,微型机器人可以利用小规模的物理学 -- 在这种情况下是表面张力 -- 来执行对大型机器人具有挑战性的功能和能力,” 主要作者凯文 · 陈说。

身材娇小对机器人的游泳能力至关重要。合著者尼尔 · 多希解释道: “如果它大得多,用表面张力支撑机器人将是一项挑战。”。

然而,机器人游泳者的身材是有限的。“如果它小得多,机器人可能无法产生足够的力量来破坏它,” 多希补充道。

哈姆尔是一个轻量级的人。它的重量只有 1.65 克,大约相当于一个大回形针,并且可以携带 1.44 克额外的有效载荷,而不会不由自主地下沉。它可以每秒划动它的腿 10 次,并且涂上透明的聚合物薄膜以防止它在水下短路。HAMR 一旦下沉就不会失去移动能力,它在水下行走的步态和在陆地上一样。

返回地势然而,哈默面临着严峻的考验。水面张力是 HAMR 重量的两倍,它将机器人向下推,由于感应扭矩,机器人的后腿受到摩擦的剧烈增加。

研究人员通过加固机器人的变速器和在机器人的前腿上安装软垫来弥补这一点。这增加了有效载荷能力,并在攀爬过程中重新分配摩擦,以减轻其四肢的负担。最后,在一个轻微倾斜的斜坡上行走,机器人能够突破表面并返回陆地。

资深作者罗伯特 · 伍德说: “这个机器人很好地说明了小型机器人的一些挑战和机遇。”。“收缩为增加流动性带来了机会 -- 例如在水面上行走 -- 但也带来了挑战, 因为在更大的尺度上,我们认为理所当然的力量可以开始在昆虫的大小上占据主导地位。”

研究人员的下一个目标是进一步改善 HAMR 的运动,并找到一种不用坡道就能返回陆地的方法。壁虎激发的粘合剂和脉冲跳跃机制已经被提出作为可能的解决方案。

  1. https://www.nature.com/articles/s41467-018-04855-9
  2. https://nature.mdc.mo.gov/discover-nature/field-guide/predaceous-diving-beetles-water-tigers
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