它被扔進(jìn)草叢，或匍匐前進(jìn)，或旋轉(zhuǎn)跳躍；它被扔進(jìn)水里，可以快速調(diào)整姿態(tài)，化身為魚(yú)；即使從108米高的標(biāo)志塔頂?shù)袈洌刂氐厮ぴ诘厣希材茉谄毯笤俅纹鹕肀嫩Q……

何方來(lái)的不明生物？湊近一看，它個(gè)頭小小的，身長(zhǎng)僅2厘米，體重僅2克，像極了那個(gè)生命力頑強(qiáng)、卻也令許多人皺眉的“打不死的小強(qiáng)”。

當(dāng)機(jī)器人“足夠小”可以做什么？

這群“小強(qiáng)”學(xué)名“昆蟲(chóng)尺度的軟體機(jī)器人”，來(lái)自西湖大學(xué)工學(xué)院，是機(jī)械工程講席教授姜漢卿實(shí)驗(yàn)室所“養(yǎng)”。據(jù)姜漢卿介紹，它們能在復(fù)雜的野外環(huán)境自主爬行、跳躍、游泳——和小強(qiáng)一樣矯健，比小強(qiáng)更堅(jiān)強(qiáng)。

它們可以幫助人們做人類甚至許多機(jī)器人做不到的關(guān)鍵事情——

比如蠕動(dòng)式爬行機(jī)器人，從30米的高空甚至108米高空自由落體后還能毫發(fā)無(wú)損地繼續(xù)匍匐前進(jìn)，極限抗沖擊的能力令它非常適合在廢墟、瓦礫、狹小縫隙中執(zhí)行搜救任務(wù)。未來(lái)，在地震等重大自然災(zāi)害發(fā)生后，它可以被無(wú)人機(jī)從空中投放，快速滲透進(jìn)入廢墟深處，尋找被困人員位置并發(fā)出信號(hào)，成為生命搜救的“先鋒兵”。

自驅(qū)動(dòng)游泳機(jī)器人

自驅(qū)動(dòng)游泳機(jī)器人，能在自然水體中自主游動(dòng)超過(guò)一小時(shí)，未來(lái)，可以派小巧靈活的它檢測(cè)水下環(huán)境或監(jiān)測(cè)污染。并且自驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人可能是目前已知最小的完全自主跳躍軟體機(jī)器人，有望在復(fù)雜地形上感知環(huán)境、自主移動(dòng)、躲進(jìn)縫隙等。

值得一提的是，這些“小強(qiáng)”機(jī)器人的生命力也很強(qiáng)大——能耗低，只有56毫瓦，跟小LED燈差不多。更妙的是，“小強(qiáng)”的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)為“雙穩(wěn)態(tài)”甚至“三穩(wěn)態(tài)”，即在驅(qū)動(dòng)至目標(biāo)狀態(tài)后無(wú)需持續(xù)供電即可穩(wěn)定保持，大幅提升了能效。舉個(gè)例子，如果“小強(qiáng)”背著一塊8毫米長(zhǎng)，4毫米厚，容量只有20毫安的小型板載電池時(shí)，可以持續(xù)工作一個(gè)小時(shí)。

姜漢卿表示，未來(lái)還希望“小強(qiáng)”實(shí)現(xiàn)兩棲運(yùn)動(dòng)和3D跨障礙運(yùn)動(dòng)，成為人類執(zhí)行一系列科學(xué)任務(wù)的得力助手。

為什么“小強(qiáng)”機(jī)器人如此“能打”？

在自然界，小強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)技能平平無(wú)奇。但在機(jī)器人界，要想有個(gè)機(jī)器人像小強(qiáng)這么靈動(dòng)小巧，可太難了。姜漢卿介紹，“小強(qiáng)”的老師是諸多昆蟲(chóng)同胞們。在自然界中，昆蟲(chóng)等小型生物之所以能輕盈穿梭、矯健爬行，靠的正是肌肉的高效率收縮機(jī)制，它們小小的肌肉能爆發(fā)出驚人的力量。

受肌肉伸縮的啟發(fā)，姜漢卿從力學(xué)角度出發(fā)，想到利用彈性力和靜磁吸力的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人類似肌肉收縮的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了一個(gè)奇妙、精巧的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，“塞進(jìn)”了“小強(qiáng)”不到2厘米的小身板里。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為兩部分，下方是嵌入軟磁鐵的線圈，上方是硬磁鐵，硅膠外殼可以產(chǎn)生彈力。通電后，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以進(jìn)一步增強(qiáng)軟磁鐵和硬磁鐵之間的靜磁吸力，同時(shí)引入洛倫茲力，實(shí)現(xiàn)對(duì)吸力的動(dòng)態(tài)調(diào)控。這一“磁吸+彈性”的巧妙結(jié)合，讓“小強(qiáng)”可以在低電壓（<4V）下產(chǎn)生高達(dá) 210 N/kg 的輸出力和60%的變形率，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)技術(shù)水平。

這就是最近姜漢卿實(shí)驗(yàn)室提出的全新電磁彈性體驅(qū)動(dòng)機(jī)制（Elasto-Electromagnetic Mechanism, 簡(jiǎn)稱 EEM），這一機(jī)制有效突破了柔性與微型系統(tǒng)中傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的性能瓶頸，在高輸出力、大形變與低電壓驅(qū)動(dòng)之間實(shí)現(xiàn)了有機(jī)統(tǒng)一，也讓昆蟲(chóng)尺度的軟體機(jī)器人能夠在復(fù)雜戶外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)動(dòng)。

正是這一機(jī)制，讓“小強(qiáng)”雖無(wú)肌肉卻勝似有肌肉，小小的身體藏著大大的能量。

“小強(qiáng)”在戶外爬行（蠕動(dòng)式爬行機(jī)器人） 西湖大學(xué)供圖有了這項(xiàng)科研成果，或許在不久的將來(lái)，當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)，第一批抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的“生命使者”，就是這些蹦蹦跳跳、從天而降的“機(jī)器小強(qiáng)”們。

來(lái)源：科普中國(guó)

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