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文 | 王穎
導語：世界各國在微型機器人領域已經取得了不少研究成果，“昆蟲”機器人可以檢修管道，“螞蟻”機器人能夠翻越路障，“蜜蜂”機器人靠太陽能飛行。
最近，瑞士聯邦理工(gong)、哈佛機(ji)(ji)器人實驗室、英(ying)國謝菲爾德(de)大學和麻省(sheng)理工(gong)紛(fen)紛(fen)公布(bu)了最新研發(fa)的微(wei)型機(ji)(ji)器人，可以應用于工(gong)業、通信和航空(kong)等(deng)各個領(ling)域(yu)，甚(shen)至還有能夠組裝任(ren)意種類機(ji)(ji)器人的微(wei)型電機(ji)(ji)。
微型(xing)機器人(ren)的應用非(fei)常廣泛(fan)，可以進入人(ren)類無(wu)法到達的環境(jing)進行勘查，將圖(tu)像等信息傳輸(shu)回來，幫助人(ren)類完成許多困(kun)難(nan)任(ren)務。
為(wei)了更加(jia)了解(jie)這些不同種(zhong)類(lei)的微型機(ji)器人(ren)的能力，我們盤點了瑞士(shi)、英國和美國大(da)4種(zhong)在(zai)技術上(shang)取得了新突(tu)破的代表性機(ji)器人(ren)，為(wei)大(da)家做詳細介紹(shao)。
一、瑞士聯邦理工研發“螞蟻”機器人
瑞士聯邦(bang)理工學(xue)院研究小(xiao)組受到螞(ma)蟻(yi)的(de)啟(qi)發，開發了10克重的(de)微型機器人，它們可(ke)以相(xiang)互交流，彼此分配角色，一起完(wan)成復雜的(de)任務。
這些三條腿的(de)t型折紙機器人被稱為Tribots，只需折疊(die)一疊(die)多(duo)材料(liao)的(de)薄(bo)片，幾分(fen)鐘就(jiu)能組(zu)裝好，適合大規模生產。完全自主、不受束縛的(de)Tribots配備(bei)了紅(hong)外和(he)近距離傳感器，用(yong)于(yu)探測和(he)通信。根(gen)據應用(yong)程序的(de)不同，它們可以容納更多(duo)的(de)傳感器。
Tribots能夠(gou)彼(bi)此交流，進(jin)行集(ji)體(ti)行動(dong)，它們的(de)設計非常簡(jian)單(dan)，單(dan)個機器人重量僅有10克(ke)，可以通過(guo)多種運動(dong)模式在(zai)任(ren)何類型的(de)表面進(jin)行導航。研究人員已(yi)經在(zai)Nature雜志上發表了他們的(de)研究成果。
總(zong)的來說，他們可(ke)以(yi)快速(su)檢測(ce)并(bing)(bing)克(ke)服障礙物(wu)(wu)，通過并(bing)(bing)移(yi)動比(bi)自(zi)身更(geng)大更(geng)重的物(wu)(wu)體。
研究人(ren)員表示(shi)，Tribots的(de)設(she)計(ji)模仿了齒象(xiang)蟻的(de)行動方式(shi)，為了躲避捕(bu)食者，它們會(hui)從(cong)一片(pian)(pian)葉(xie)子(zi)跳到另一片(pian)(pian)葉(xie)子(zi)上。Tribots機器(qi)人(ren)通過折疊的(de)設(she)計(ji)復制了這種彈射機構，同時結合了多(duo)個形狀記憶合金(jin)驅動器(qi)，一個機器(qi)人(ren)可以完(wan)成三(san)種不同方式(shi)的(de)運動，包括垂直和水平爬行、滾動、跳躍。
每個(ge)機器人(ren)根據(ju)情況被分配特定的角(jiao)(jiao)色。“探索(suo)者(zhe)”探測路徑(jing)中的物(wu)(wu)理障礙物(wu)(wu)，例如物(wu)(wu)體，山谷和山脈。在檢測到(dao)障礙物(wu)(wu)后，通知(zhi)其他隊員(yuan)。然后，“領導者(zhe)”給出指(zhi)示。與此同時(shi)，“工人(ren)”集中力(li)量(liang)移動物(wu)(wu)體。“每個(ge)Tribot，團隊中的螞蟻一樣，可以扮演不同的角(jiao)(jiao)色。面對新任務或未知(zhi)環(huan)境(jing)時(shi)，每個(ge)Tribot都可以隨時(shi)承擔新角(jiao)(jiao)色。
二、史上最輕機器人，僅重259毫克
哈佛(fo)微型機(ji)器人實驗室研發(fa)出了一款史上最輕的(de)飛(fei)行(xing)機(ji)器人，重量僅有259毫(hao)克。這款新型機(ji)器人和蜜蜂非常(chang)相(xiang)似，被稱為RoboBee X-Wing，不需(xu)要電池提供動力，只(zhi)需(xu)太陽能(neng)(neng)供電就(jiu)能(neng)(neng)持續飛(fei)行(xing)。
RoboBee X-Wing的設(she)計采(cai)用了創新的四翼結構，通過前后擺動產(chan)生足夠的升力。飛行(xing)器僅重90毫克(ke)，翼展3.5厘米，整個集成系統重259毫克(ke)，高6.5厘米。
RoboBee X-Wing使用重(zhong)量約(yue)為10毫克(ke)的微型太陽能電池供電，為了(le)提高飛行(xing)效率，還增加了(le)一對額外的機翼。
目前，市場上最(zui)(zui)小的(de)太陽能(neng)電池(chi)重量(liang)為10毫(hao)克(ke)，最(zui)(zui)大程度吸(xi)收太陽能(neng)時，每毫(hao)克(ke)可獲得(de)0.76毫(hao)瓦功率的(de)電量(liang)，受到太陽能(neng)供電的(de)限制，Robobee X-Wing是無法完(wan)成長(chang)時間的(de)室外飛行的(de)。
但Robert Wood帶領他(ta)的(de)(de)(de)團隊解(jie)決了(le)這個問(wen)題，他(ta)說(shuo)：“動力飛行因(yin)為(wei)質量和動力之間的(de)(de)(de)權(quan)衡，在小(xiao)規模的(de)(de)(de)飛行器上是一個很大的(de)(de)(de)問(wen)題，即使是最小(xiao)的(de)(de)(de)商(shang)用電池(chi)也(ye)比機器人重的(de)(de)(de)多(duo)，我們創造了(le)極輕量級(ji)多(duo)電源電路，并集成了(le)高效的(de)(de)(de)太陽能電池(chi)。”
三、微型機器人被用于管道檢修
2018年，英國政府與(yu)包括謝菲爾德在內的(de)六所大學開展了一(yi)項耗資(zi)3500萬(wan)美元的(de)研究，開發“昆蟲機器人”，用(yong)于(yu)修復地下管道(dao)網絡。
英國謝菲爾(er)德(de)大學機械工程教(jiao)授Kirill Horoshenkov和他(ta)的團隊在地下管道中部(bu)署了大量微(wei)型“昆蟲”機器人，使用管道內傳(chuan)感器將檢測信(xin)息傳(chuan)輸給機器人。
受到微(wei)(wei)型管道機器人(ren)的啟發，勞斯萊斯工(gong)程(cheng)師開發了依靠用(yong)于飛機引(yin)擎修理的微(wei)(wei)型機器人(ren)。他們表示，如(ru)果飛機引(yin)擎的檢(jian)(jian)測(ce)修理工(gong)作由(you)人(ren)工(gong)來完(wan)成，或許需(xu)(xu)要(yao)5個(ge)小時，但有了這些微(wei)(wei)型機器人(ren)，它們可能只需(xu)(xu)要(yao)5分鐘就(jiu)能完(wan)成整個(ge)檢(jian)(jian)測(ce)和修理過程(cheng)。
▲目前(qian)市(shi)面已有的管道(dao)機器人
2019年2月，測試設備(bei)供應商Eddyfi收購了半(ban)自動爬(pa)行系統機器(qi)人制(zhi)造(zao)商Inuktun，Eddyfi的(de)CEO Martin th riault表示(shi)，將(jiang)Inuktun的(de)機器(qi)人與Eddyfi的(de)傳感器(qi)和儀器(qi)相結合，可(ke)以實現按(an)客戶要求定制(zhi)解決(jue)方案。
雖然目前大多數(shu)微(wei)型(xing)機器人(ren)技術都專注于檢測，但微(wei)型(xing)機器人(ren)將有很大可能(neng)被用于修復管道。
四、微型電機能夠任意組裝機器人
麻(ma)省理(li)工學院(yuan)近日(ri)公(gong)開了他們(men)最近研(yan)發的一種微(wei)型可移動(dong)電機，這種電機，只是一個帶有一些(xie)結(jie)構部(bu)件的磁鐵和線(xian)圈，但(dan)它可以來回“行走”，或者使更復雜的機器的齒輪(lun)來回移動(dong)。
這種微(wei)型移動電(dian)機(ji)(ji)和其他微(wei)型核心機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)，如果能夠(gou)應用在更(geng)廣泛(fan)的機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)設(she)計中(zhong)，將可能把機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)的組裝變得更(geng)有靈活性(xing)，比(bi)如農業機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)、救災機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)或(huo)其他各(ge)類機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)。
此前，他(ta)(ta)們已(yi)經展(zhan)示(shi)了其他(ta)(ta)核(he)(he)心部件可以(yi)由類似的(de)基本成分組裝而成，未來(lai)，這些微型核(he)(he)心機器實際(ji)上可以(yi)自動自組裝成更大的(de)結構，能(neng)夠執行特定的(de)任務。
結語：微型機器人可幫助人類高效工作
研究人(ren)(ren)員(yuan)不斷(duan)研發出能夠適用于更多工作環境的微型(xing)機(ji)器人(ren)(ren)，有專門用于管道(dao)檢修的“昆(kun)蟲”機(ji)器人(ren)(ren)，不需要電力就能飛行的“蜜蜂”機(ji)器人(ren)(ren)，甚(shen)至還有能夠組裝任意種(zhong)類機(ji)器人(ren)(ren)的微型(xing)電機(ji)。
這些微(wei)型機器人如果實現(xian)量產，將(jiang)能(neng)夠(gou)用(yong)于完成各種人類不愿或不能(neng)完成的(de)工作。
在(zai)更(geng)多(duo)的(de)危險情況(kuang)下，比如完成(cheng)搜索救援工作時，微型機器人(ren)能夠到(dao)達人(ren)類很難進入的(de)環境中(zhong)，最大程度(du)的(de)保(bao)護人(ren)類安全(quan)的(de)同時更(geng)高效的(de)完成(cheng)任(ren)務。
