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机器人|靠酒精驱动，88毫克的微型机器人可持续工作2小时

微型机器人可以在极为狭小的空间里运动 ， 这是人类和传统机器人无法做到的 。 但由于其体型过小 ， 功率、控制力受限 ， 目前的技术仍无法使其有效解决社会问题 。
近日 ， 来自南加州大学的研究人员发明了一款酒精驱动的微型昆虫机器人 ， 在解决微型机器人能量来源问题上提供了全新思路 ， 朝着研发完全自主微型机器人的目标迈进了重要的一步 。 【机器人|靠酒精驱动，88毫克的微型机器人可持续工作2小时】
机器人|靠酒精驱动，88毫克的微型机器人可持续工作2小时
本文插图

该微型机器人的名称为RoBeetle ， 不同于其他依靠电池或外接电线驱动的微型机器人 ， 它的能量来源是甲醇 。 它长15毫米 ， 质量只有88毫克（大约相当于三粒大米） ， 却可以拖运其自身重量2.6倍的物体 。 它能够携带95毫克的燃料 ， 燃料最多可以为其供电2个小时 。
相关研究《An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle》8月19日发表在《科学机器人》上 ， 主要作者为南加州大学航空航天与机械工程系助理教授Néstor O. Pérez-Arancibia和博士生Xiufeng Yang、Longlong Chang 。
“电池的能量密度非常低 ， 因此我们需要新的能量来源 。 我们制作的机器人又轻又小是因为它不依靠电池供能 。 ”Néstor O. Pérez-Arancibia在接受New Scientist网站采访时表示 。
研究人员在论文中称 ， 大多数昆虫的肌肉发达 ， 这有利于它们进行激烈的运动 。 同时 ， 它们粗壮的身体有助于以脂肪和糖原的形式储存能量 。 受此启发 ， 研究人员开发了可靠坚固的微型人工肌肉 ， 可以像真实肌肉一样收缩和放松 。
机器人|靠酒精驱动，88毫克的微型机器人可持续工作2小时
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覆盖有铂（Pt）粉的镍钛合金线的电子显微镜图像
最值得关注的是 ， 人工肌肉的能量来源是甲醇 。 以往微型机器人通常依靠电池或外接电线驱动 ， 前者因为体积限制 ， 其比能量往往很低（低于1.8MJ/kg） ， 而后者则制约机器人的独立性 。 甲醇在正常大气压下以液体形式储存 ， 能量是小型电池的10倍以上 。 这意味着利用甲醇驱动的微型机器人自主性更强 ， 同时可以保持较小的体积 。
该动力系统中的镍钛合金线表面覆盖有铂（Pt）粉 ， 可以催化甲醇燃烧 。 燃烧产生热量 ， 使位于机器人腿部的电线缩短 。 化学反应停止后 ， 电线冷却 ， 重新延伸 ， 由此驱动RoBeetle运动 。
为了验证在甲醇驱动下机器人的运动性能 ， 研究人员进行了两组实验 。
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该机器人能轻松爬上倾斜角为5°和10°的斜坡 ， 但在倾斜角度升至15°时失败了
在爬坡实验中 ， 研究人员在倾斜的载玻片上放上了一张表面光滑的纸巾 ， 然后调整斜面倾斜角度测试RoBeetle的爬坡能力 。 该机器人能轻松爬上倾斜角为5°和10°的斜坡 ， 但在倾斜角度升至15°时失败了 。 此外 ， 因为液态甲醇具有粘性 ， 倾斜角度对其在储存箱里的分布可以忽略不计 。
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RoBeetle在粗糙程度不同表面上的爬行能力
在第二组实验中 ， 研究人员测试了RoBeetle在粗糙程度不同表面上的爬行能力 。 结果显示 ， 机器人可以在纸巾、泡沫表面爬行 ， 但无法在光滑的玻璃表面爬行 。 同时 ， 研究人员进一步探究了RoBeetle的载物运输能力 ， 发现它可以拖运其自身重量2.6倍的物体 。
研究人员在论文中表示 ， RoBeetle的动力设计可作为范例 ， 用于研发能够在水陆空运动的自主微型机器人 。


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