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佐治亚理工学院发明微型鬃毛机器人能跑能跳还能发电什邡

发布时间:2022-07-14 17:58:00 来源:大农机械网

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蚂蚁虽小,力大无穷。看过漫威电影《蚁人》的朋友可能更有感触,协同工作下的蚂蚁,往往可以更大规模的执行任务。近日,来自美国佐治亚理工学院的研究员们就创造出了一种新型微型3D打印机器人。它只有2毫米长,1.8毫米宽,0.8毫米厚,重5毫克,实际大小比一般的蚂蚁还要小。但不要小看它,研究员表示,这些微型的机器人有朝一日可能会组队分组工作,以感知环境变化,移动材料,并且可能将来会在人体内完成伤害修复等医疗任务。

佐治亚理工学院给这个款微型机器人命名为“微型鬃毛机器人”( micro-bristle-bot)。它由粘贴在聚合物身体上的压电致动器组成,聚合物身体由双光子聚合光刻(TPP)技术3D打印而成。由于没有足够小的电池可以安装到机器人身体上,研究团队为机器人设计了看起来就像鬃毛一样的“脚”。当机器人接受到特定频率的振动,这些鬃毛一般的脚就会开始运动。

具体来说,这款微型机器人可响应不同的振动频率。这些振动的来源,可以是压电制动器、超声波或是扬声器,一切在于研究人员如何设计“鬃毛”的形态。振动迫使弹力腿向上和向下移动,推动微型机器人前进。每个机器人可以根据腿的尺寸、直径、设计和整体几何形状,被设计用于响应不同的振动频率。振动的幅度控制微型机器人运动的速度。

“随着微型鬃毛机器人进行上下运动,经过特别设计的脚会将这种垂直运动转换为一种具有特定方向的运动。我们在设计机器人脚的时候,已经考虑其形态对运动方向的影响,确保机器人可根据振动来进行特定方向的移动。”佐治亚理工学院的研究团队介绍道。

研究人员表示,可通过调整振动来控制单个机器人。虽然这些机器人受制于小尺寸的物理局限性,但是它们仍然可以在一秒钟之内覆盖四倍于其自身长度的区域。

另外,这款微型机器人采用TPP工艺在3D打印机中制造而成,TPP工艺聚合了单体树脂材料。树脂块通过化学方法开发成功之后,它的某个部分就会受到紫外线照射,而其余部分会被清洗掉,从而留下我们要想的机器人结构。

据悉,为了找出更好的形态,论文第一作者金德宇(DeaGyu Kim)制造了数百种不同的机构原型。目前,这款机器人有两种版本,一种有四只脚,另一种则有六只脚。这篇描述微型鬃毛机器人的论文已经发表在《微机械与微工程期刊》上。这项研究得到了佐治亚理工学院电子与纳米技术研究所种子基金的资助。

随着微型鬃毛机器人进行上下运动,经过特别设计的脚会将这种垂直运动转换为一种具有特定方向的运动。我们在设计机器人的脚的时候,已经考虑其形态对运动方向的影响,确保机器人可根据振动来进行特定方向的移动。佐治亚理工学院的研究团队介绍道。

也就说,这些微小的机器人不用电来驱动,而是借助特定频率的振动。而这些振动的来源,可以是压电制动器、超声波或是扬声器,一切在于研究人员如何设计「鬃毛」的形态。为了找出更好的形态,论文第一作者 DeaGyu Kim 制造了数百种不同的机构原型。目前,这款机器人有两种版本,一种有四只脚,另一种则有六只脚。

在使用压电制动器的情况下,压电制动器在受到电流后会产生振动,进而驱动机器人的行动;反转过来,当压电制动器受到振动,也可以产生电流。

《科学》于上个月曾报道的「蜜蜂机器人」的「飞行肌肉」也基于压电制动器。当电流通过陶瓷条,后者会产生振动,并成为翅膀的驱动。

而对于「鬃毛机器人」来说,压电制动机除了可以用作振动源,另外也可用作一种电源来源。当另有振波来源驱动机器人,这些振波也可以成为压电制动器产生电流的驱动,后者产生的电流也成为驱动「鬃毛机器人」上传感器的电力来源。虽然这些机器人自身只有 2 毫米长,但每秒却可以自身长度 4 倍的距离移动。

目前,研究团队正常尝试解决机器人的两个短板,第一是较长的制作周期,其二则是寻找控制机器人定向移动的解决方案。从制作来说,团队通过 3D 打印机来制造这种微型机器人,结合了名为 TPP 的处理工艺,用紫外线在特殊的树脂材料上「写」出想要的机器人形态,然后将剩下不需要的部分冲刷走。现在更像是手写,而不是印刷。整个制作的流程还是有点久,所以我们正在寻找可以批量制作的方法,一次生产数百数千个机器人。至于第二个问题,研究团队目前在尝试将用两只对振动频率敏感略有差异的微型机器人结合使用。一旦成功做出可完全控制的机器人,我们想象下各种有趣的可能性。

研究团队指出,此前其它研究人员研制出的以磁力驱动的微型机器人,虽然可集体控制,但它们在个别运动控制上却是无能为力,因此这将是「鬃毛机器人」的优势所在。对于「鬃毛机器人」的未来,研究团队考虑将它们用作环境传感器(鉴于其无须用电,可长期待机观察周遭环境),或是进一步研发成为进入人体的医疗机器人。

现在,团队为这些微型机器人在实验室里建立了一个「游乐场」,探索它们的可能性。我们会从学习蚂蚁的集体行为开始,并将其应用在我们的小机器人上。这些小机器人现在在实验室里虽然走得不错,但想要走到真实的世界,还需要一段很长的时间。

文章来源:澎湃新闻

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