科技 | 以折紙為靈感，1.2克微型機(jī)器人能跑能游還能鉆彎道

日前，國防科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《自然》子刊《微系統(tǒng)與納米工程》上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于微型機(jī)器人的研究成果。

該研究展示了一款名為 PLioBot 的并聯(lián)腿昆蟲級機(jī)器人，其重量僅為 1.2 克，比一枚一元硬幣更輕，但能夠?qū)崿F(xiàn)在草地、沙地、石堆等多種地形上的移動(dòng)，并可負(fù)重 1.4 克鉆過 L 形彎道，同時(shí)具備水下活動(dòng)能力。

該機(jī)器人的制造方式區(qū)別于傳統(tǒng)微型機(jī)器人的零部件分別加工再組裝的方法。研究團(tuán)隊(duì)采用五層復(fù)合材料，將壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)元件、碳纖維預(yù)浸料作為結(jié)構(gòu)骨架、聚酰亞胺薄膜作為柔性關(guān)節(jié)，通過飛秒激光切割出精密槽口與78 個(gè)鉸鏈位置后，經(jīng)層壓、加熱固化和最終折疊，使一張二維的“折紙”材料直接成型為三維機(jī)器人。這一過程實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)與結(jié)構(gòu)的一體化集成制造，無需單獨(dú)組裝與對準(zhǔn)。

PLioBot 的四條腿采用并聯(lián)腿結(jié)構(gòu)，每條腿由兩個(gè)獨(dú)立壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號的相位差，足端可畫出橢圓軌跡，使機(jī)器人形成小跑步態(tài)。

在驅(qū)動(dòng)頻率達(dá)到 60 赫茲、相位差為 100 度時(shí)，機(jī)器人進(jìn)入共振狀態(tài)，最高移動(dòng)速度可達(dá)每秒 44.6 厘米，相當(dāng)于每秒行進(jìn) 17.8 倍身長。

改變驅(qū)動(dòng)信號即可實(shí)現(xiàn)后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等方向控制。測試中，該機(jī)器人在玻璃、亞克力、海綿等不同粗糙度表面均能移動(dòng)，可爬升最大 12 度的斜坡，并在背負(fù) 1.4 克載荷的條件下，以每秒 8.56 厘米的速度通過長 16 厘米、寬 3 厘米的隧道，以及完成 L 形彎道的連續(xù)行進(jìn)。

團(tuán)隊(duì)還為機(jī)器人配備了可更換的腳墊，半球形腳墊適用于碎石與鵝卵石路面，鰭狀腳墊則可使其在 7 厘米深的水底爬行或在水面劃水。

目前該機(jī)器人仍通過電線供電，原因是其驅(qū)動(dòng)所需的高電壓尚未由微型電池和升壓電路實(shí)現(xiàn)集成。研究團(tuán)隊(duì)表示，下一步將致力于開發(fā)微型高壓集成電路，以實(shí)現(xiàn)無線自主運(yùn)動(dòng)。論文中提供的速度與負(fù)載關(guān)系曲線顯示，若要維持現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)速度，無線模塊與電池的總重量需控制在 0.8 克以內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和折紙成型方法，可推廣應(yīng)用于其他類型昆蟲級機(jī)器人的開發(fā)。

來源：IT之家

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