微型機器人里程碑！喝甲醇的“甲蟲”登上《Science》子刊封面

智東西（公眾號：zhidxcom）

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智東西8月20日消息，近日，南加州大學的研究團隊製造出了一個長15毫米、重88毫克，只有甲蟲般大小的微型機器人“RoBeetle”。這篇論文剛剛登上了《Science》機器人子刊封面，一作楊秀峯本碩都就讀於華科。

楊秀峯

“RoBeetle”使用“人造肌肉系統”爬行、爬坡，還能在背上負載其自重2.6倍的物體續航2小時之久。這隻甲蟲機器人最大的特色是，它一改以往電池供電的傳統，用甲醇（CH3OH）作為燃料驅動，而甲醇也是“假酒”中一種對人體有害的成分。

楊秀峯説，未來這個微型機器人可能還會應用於各種場景，比如協助完成人工授粉、環境監測、進行基礎設施的檢查、完成自然災害後的搜救任務等。

“RoBeetle”在不同坡度上的爬行速度

這篇論文題為《由催化人工肌肉驅動的88毫克昆蟲級自主爬行機器人（An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle）》，楊秀峯説：“我們想創造一種重量和大小都可以與真正的昆蟲相媲美的機器人”。由此，他們開發出了“RoBeetle”，並使其成為了“有史以來最輕、最小的自主機器人之一”。

論文登上《Science》機器人子刊封面

大多數的機器人都需要體積龐大且需要電力的電機，電池成為機器人運行的必需品，而電池的大小限制着機器人的“體型”，即使是最小的電池也有50毫克重的虎甲蟲重量的10~20倍。

為了克服這個問題，楊秀峯和他的同時設計了一種基於液體燃料的人造肌肉系統，也就是説這隻“甲蟲機器人”以甲醇為原料，突破了原有機器人使用電池或插座供電的限制，而在效果方面，甲醇的能量儲存量還是相同質量電池的10倍。

人造肌肉系統圖示

甲醇（CH3OH）是結構最為簡單的飽和一元醇，沸點為64.7℃，它通常被用於製造甲醛和農藥，並用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。

相比“RoBeetle”在燃料箱中儲滿95毫克燃料後長達2小時的續航能力，目前使用最小的電池驅動的爬行機器人重量達到1克，而這顆電池僅能支持機器人運行12分鐘。

承載不同重量的“RoBeetle”

這種人造“肌肉”由鎳鈦合金絲（也稱為鎳鈦諾）製成。與大多數遵循“熱脹冷縮”規律的金屬不同，鎳鈦合金絲在受熱的時候會收縮。

金屬絲上塗了一層鉑粉，以作為甲醇蒸汽燃燒的催化劑。當“RoBeetle”身上燃料箱產生的蒸汽在鉑粉上燃燒時，電線收縮，並且一系列微型閥門會緊跟着關閉以停止燃料繼續燃燒。

繼而，金屬絲冷卻膨脹，閥門再次打開，電線重新伸展。膨脹和收縮的人造肌肉通過傳輸機智連接到“RoBeetle”的前腿，促使這隻甲蟲機器人的運動。這一系列的動作會在“RoBeetle”運行過程中一直重複，直至所有燃料耗盡。

研究團隊在玻璃等光滑材料、牀墊等粗糙材料，以及傾斜表面上測試了他們的機器人，事實表明在這些情況下，“RoBeetle”都可以正常運行。

“RoBeetle”在不同材料上爬行

分別來自麻省理工學院(MIT)和哈佛大學(Harvard)的機器人專家瑞安•特魯比(Ryan Truby)和李曙光(Shuguang Li)在附帶的一篇評論中寫道，RoBeetle是“一個令人興奮的微型機器人里程碑”，但他們認為這個微型機器人還有進步的空間，比如它現在只能連續向前運動，這會限制它執行復雜任務的能力。

論文：https://robotics.sciencemag.org/content/5/45/eaba0015

來源：Tech Xplore、New Scientist