微型機器人可以有無數(shù)有價值的應用，例如，在搜救任務中協(xié)助人類、進行精確的外科手術(shù)和農(nóng)業(yè)干預。麻省理工學院(MIT)的研究人員最近創(chuàng)建了一種基于一類稱為介電彈性體執(zhí)行器(DEA)的人造肌肉的微型飛行機器人。

在Wiley的《先進材料》雜志上發(fā)表的一篇論文中介紹了這種新機器人，其性能明顯優(yōu)于過去開發(fā)的許多基于DEA的微系統(tǒng)。最值得注意的是，盡管機器人尺寸很小，但它可以在低電壓下工作并且具有很高的耐用性。

進行這項研究的研究人員之一凱文·陳(KevinChen)說：“我們的團隊有一個長期愿景，即創(chuàng)造一群昆蟲狀機器人，它們可以執(zhí)行復雜的任務，例如輔助授粉和集體搜救。”技術(shù)探索。“從三年前開始，我們就一直致力于開發(fā)由類似肌肉的軟執(zhí)行器驅(qū)動的空中機器人。”

在之前的研究中，陳和他的同事們展示了幾種微型機器人，它們可以飛得非常好，在空中進行雜技動作，并在與其他物體碰撞后迅速恢復。盡管取得了這些有希望的結(jié)果，但支撐這些系統(tǒng)的軟執(zhí)行器需要2kV的高驅(qū)動電壓，這阻止了機器人在沒有外部電源的情況下運行。

“要實現(xiàn)無線飛行，軟執(zhí)行器需要在較低電壓下運行，”陳解釋說。“因此，我們最近研究的主要目標是降低肌肉樣DEA的工作電壓。”

支撐麻省理工學院新開發(fā)的亞克機器人的執(zhí)行器就像一對軟電容器一樣工作。換句話說，當向它們施加電壓時，靜電力會擠壓致動器并導致它們變形，類似于人類和動物肌肉的收縮方式。

“這個小型執(zhí)行器每秒振動400次，它的運動驅(qū)動一對撲翼，產(chǎn)生升力并使機器人飛行，”陳說。“與其他小型飛行機器人相比，我們的軟體機器人具有獨特的優(yōu)勢，即健壯敏捷。飛行過程中可以碰撞障礙物并恢復，并且可以在0.16秒內(nèi)完成360度轉(zhuǎn)彎。”

在開發(fā)機器人時，陳和他的同事從大自然和支撐動物運動的復雜生物機制中汲取靈感。最終，他們希望人工重現(xiàn)昆蟲的飛行能力，但驅(qū)動電壓低于他們過去創(chuàng)建的操作系統(tǒng)所需的驅(qū)動電壓。

“與之前的工作相比，軟執(zhí)行器的驅(qū)動電壓從2kV降低到500V，”陳說。“此外，機器人凈升力增加了80%。由于更低的操作電壓和更多的有效載荷，這項工作為整合電池和電力電子設備開辟了機會。我們相信這項工作是開發(fā)由軟動力驅(qū)動的電力自主空中機器人的重要里程碑。執(zhí)行器。”

這組研究人員引入的基于DEA的設計可能很快就會為開發(fā)越來越先進和不受束縛的微型機器人鋪平道路。例如，它可以激發(fā)可以融入周圍環(huán)境的復雜仿生機器人的創(chuàng)造，包括類似于蜻蜓或蜂鳥的機器人。

“我們現(xiàn)在正在探索兩個不同的研究方向，”陳補充道。“首先，我們將繼續(xù)降低DEA的工作電壓，我們的下一個目標是將其降低到100V以下，因為這將為設計微型電路開辟更多機會。其次，我們將為我們的微型機器人設計小型電路和電池.我們希望有一天我們的機器人能夠攜帶自己的電源并在沒有電線的情況下飛行。”

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