前沿| 世界上最小“螃蟹”遥控步行机器人亮相，可以在硬币边缘行走！

微型机器人工程师经常通过大自然来作为设计灵感。西北大学的一组研究人员挑选了螃蟹来建造一个遥控的微型机器人，它小到可以自如的在硬币的边缘行走。

据这项研究的首席调查员约翰-A-罗杰斯说，他们的工作补充了其他正在研究毫米级机器人的科学家的工作，例如，可以用鞭毛在液体介质中移动的蠕虫状结构。

但据他所知，他们的螃蟹微型机器人是最小的陆地机器人，只有半毫米宽，可以在露天的固体表面上行走。

由于形状记忆合金（SMA）的存在，这个微小的机器人以窜动的方式移动。这类材料在一定温度下会发生相变，引发形状变化。

罗杰斯说："因此，你在一个初始的几何形状中创建材料，使其变形，然后当你加热它时，它会回到那个初始的几何形状"。"我们利用形状变化作为一种机械执行器或一种肌肉的基础。"

为了移动机器人，激光依次加热它的 "腿"；每条腿中的形状记忆合金都会因受热而弯曲，然后在冷却后恢复到原来的方向。

该机器人包括三种关键材料，用于身体和部分肢体的电子级聚合物；构成 "活动 "部件的SMA；以及作为外骨骼的一层薄玻璃，以使结构具有刚性。罗杰斯补充说，然而，他们并没有受到这些特定材料的限制，他的团队正在研究如何整合半导体材料和其他类型的导体。

对于运动，研究人员使用机器人身体上的激光束的焦点。"每当激光束照亮机器人的形状记忆合金部件时，你就会诱发其相变和相应的运动，"罗杰斯说，"而当激光束移开时，你会得到快速冷却，肢体会回到变形的几何形状。" 因此，在机器人的身体上扫描激光点可以依次激活各种关节，从而建立一个运动的步态和方向。

尽管这种方法有其优势，但罗杰斯希望探索更多的选择。罗杰斯说："用激光，你需要某种光学通路......但取决于你希望机器人用哪种方法操作，这种方法是否可行"。

这并不是罗杰斯第一次参与创造亚毫米级的机器人。他的实验室已经开发出了类似蠕虫和甲虫的微小结构，甚至还有一个带翅膀的微芯片，利用与风散播种子相同的原理，在空气中被动地移动。

2015年，罗杰斯和他的同事还发表了一篇关于使用kirigami（日本的剪纸艺术，例如在弹出式书籍中看到的）的概念来设计他们的机器人。

他们使用由硅片支持的高保真多层图案材料堆，但虽然这些对集成电路来说是很好的，但它们 "对机器人没有好处，"罗杰斯说，因为它们是平面的。为了使它们进入第三维，研究kirigami的原理是一个起点。

正如罗杰斯所强调的，他们的研究目前纯粹是探索性的，是试图将一些额外的想法引入微型机器人工程。"我们可以移动这些机器人，让它们在不同的方向行走，但它们并不执行具体的任务，"他说。

例如，即使螃蟹机器人有爪子，但这些只是为了视觉目的，它们不会移动或抓取物体。"他说："创造执行任务的能力将是该领域研究的下一步。不过，就目前而言，制作多材料3D结构和使用SMA进行双向驱动是他的团队对社区研究扩展性做出的两个关键贡献。

为了进一步探索，他和他的同事们正在考虑如何在这种规模下增加抓取或操纵物体的能力，以及为机器人增加微电路、数字传感器和无线通信。例如，机器人之间的通信可以使它们作为一个群组运作。

另一个工作领域是增加某种本地电源，例如由光伏供电，用微控制器以定时的顺序提供本地加热，以控制运动。

就潜在的应用而言，罗杰斯设想这种微型机器人将有助于在有限的空间内工作，主要用于微创手术，其次是用于制造其他微型机器的车辆。

但他也想谨慎行事。"我不想过度夸大我们所做的事情。很容易陷入这些机器人进入人体并在医疗方面做一些强大的事情的幻想。但这是我们想做的，这也是我们很多工作的动力所在。

来源：古月居