昆虫大小的机器人以猎豹的敏捷性在迷宫中导航

2021-07-05 12:01  来源: it资讯网

许多昆虫和蜘蛛在专门的粘性脚垫的帮助下,能够匆匆爬上墙壁,倒在天花板上行走,从而在没有人敢去的地方粘附在表面上。

加州大学伯克利分校的工程师们利用其中一些脚垫背后的原理,称为静电粘附,制造了一个昆虫级的机器人,可以随着猎豹的敏捷性转向和旋转,使其能够穿越复杂的地形,并快速避开意想不到的障碍物。

机器人由薄薄的分层材料制成,当施加电压时,这种材料会弯曲并收缩。在2019年的一篇论文中,研究小组证明,这种简单的设计可以用来制造一个蟑螂大小的机器人,它能以每秒20个车身长度(约1.5英里/小时)的速度在平坦的表面上飞驰——这几乎是活蟑螂本身的速度,也是任何昆虫大小的机器人中最快的相对速度。

在一项新的研究中,研究小组在机器人中增加了两个静电脚垫。将电压施加到脚垫的任何一个脚垫上,会增加脚垫和表面之间的静电力,使脚垫更牢固地粘在表面上,并迫使机器人的其他部分围绕脚旋转。

两个脚垫让操作员完全控制机器人的轨迹,并允许机器人以超过大多数昆虫的向心加速进行转弯。

"我们原来的机器人可以移动非常非常快,但我们无法真正控制机器人是向左还是向右移动,而且很多时候它会随机移动,因为如果制造过程略有不同——如果机器人不对称——它就会转向一边,"林立伟说加州大学伯克利分校机械工程学教授在这项工作中,主要的创新是添加这些脚垫,使其能够非常非常快地转弯。

为了展示机器人的敏捷性,研究小组拍摄了机器人在携带小型气体传感器时在乐高迷宫中导航并转向以避免掉落的碎片。由于其简单的设计,机器人也可以生存被一个120磅重的人踩踏。

静电脚垫允许机器人以与猎豹相匹配的向心加速进行转弯。信用: 经梁家明等人许可转载, 科学机器人, 2021

林说,像这样的小型、健壮的机器人非常适合进行搜救行动或调查其他危险情况,例如排除潜在的气体泄漏。虽然该团队在机器人被"系绳"或通过小电线供电和控制时展示了机器人的大部分技能,但他们也创建了一个"无束缚"版本,可在携带气体传感器时以电池功率运行长达 19 分钟 31 米。

 

Insect-sized robot navigates mazes with the agility of a cheetah

 

加州大学伯克利分校的工程师们发明了一种轻量级且耐用的机器人,通过调节脚部和表面之间的静电力,实现了精湛的控制和敏捷性。像这样的小型、坚固的机器人非常适合进行搜索和救援行动或调查其他危险情况,例如排除潜在的气体泄漏。信用: 加州大学伯克利分校照片由梁佳明和林立伟提供

"今天最大的挑战之一是制造更小规模的机器人,以维持大型机器人的力量和控制力,"林说。"有了更大规模的机器人,您可以使用大电池和控制系统,没问题。但是,当你试图缩小一切到越来越小的规模,这些元素的重量变得难以为机器人携带,机器人通常移动非常缓慢。我们的机器人非常快,相当强大,需要很少的功率,允许它携带传感器和电子产品,同时携带电池。