科学家开发敏捷的新型昆虫机器人，可在极小空间中快速转弯

与非网7月6日讯 加州大学伯克利分校的工程师们创造了一种类似昆虫的机器人，它可以快速窜行并在一瞬间转弯。该机器人的“花式步法”归功于它使用不同的电压来交替使用粘性并进行急转。这项研究发表在《科学机器人学》杂志上。科学家使它们能够粘附在表面上，利用静电粘附创造出一个昆虫规模的机器人。

自然界中，运动敏捷的动物往往具有生存优势。研制与自然昆虫一样敏捷的电子昆虫是研究小型机器人的一个基础挑战。在快速运动过程中，小型机器人需同时拥有优秀的转弯能力，普通昆虫可通过分泌粘液来改变脚与地面之间的摩擦力，从而实现快速运动。类似的策略同样适用于电子昆虫，但不同的是，是次研究通过调整机器人脚部与于地面间的静电力来实现高敏捷性和控制运动轨迹。电子昆虫的相对向心加速度达到28身体长度／秒2，性能胜于目前所有已知的柔性机器人以及普通昆虫。团队已进行过多种应用演示，成功证实了电子昆虫的优秀性能，包括能在5.6秒内通过一个120厘米长的迷宫以及携带一个180 mg的气体传感器探测气体泄漏。

新的机器人建立在该团队在2019年描述的设计上，该设计由涂有弹性聚合物的聚偏氟乙烯（PVDF）矩形片制成。这个想法是，当施加交流电时，材料会快速弯曲和伸直，转化为向前运动。

事实上，该团队报告说，它的速度出奇地快--机器人可以在平坦的表面上以每秒20个自身长度的速度移动，甚至可以携带小型有效载荷。唯一的问题是，它的机动性不是很强，所以在新版本中，工程师们给它配备了更先进的“腿”。

"我们原来的机器人可以移动得非常非常快，但我们无法真正控制机器人是向左还是向右，而且很多时候它会随机移动，因为如果在制造过程中有一点差异--如果机器人不对称--它就会偏向一边，"该研究的资深作者林立伟说。"在这项工作中，主要的创新是增加了这些“脚垫”，使它能够进行非常快速的转弯。"

该机器人“腿”的工作原理是静电粘附。在这种情况下，当对一条“腿”施加电压时，它将粘在地板上，使机器人朝那个方向急剧转动。研究人员通过让机器人穿过一个迷宫来证明它的敏捷性，它能够在5.6秒内完成这个迷宫。在其他测试中，它配备了气体传感器，并负责创建一个区域内的气体浓度地图，这可能暗示了未来在定位泄漏源方面的应用。

该团队建造了两个不同的版本，一个是拴在电源上的，另一个是靠电池运行的。拴住的模型是更快的，其最高速度为每秒28个自身长度，这几乎和活蟑螂一样快。同时，电池模型的速度较慢，但有可能走得更远--在携带气体传感器的情况下，最长可达19分钟和102英尺（31米）。

机器人的小尺寸使它能够在被一个120磅重的人类踩在脚下时幸存下来。像伯克利团队创造的这种具有高度敏捷性的小而坚固的机器人，有可能被用于搜索和救援行动以及其他对人类有危险的任务，包括寻找潜在的气体泄漏。

林立伟说："今天最大的挑战之一是制造更小规模的机器人，以保持更大的机器人的动力和控制。对于较大规模的机器人，你可以包括一个大电池和一个控制系统，没有问题。但是，当你试图将所有东西缩小到越来越小的规模时，这些元素的重量就会使机器人难以承载，而且机器人的移动速度通常非常慢。我们的机器人速度非常快，相当强壮，而且所需的功率非常小，允许它在携带传感器和电子设备的同时也携带电池"。