WaterStrider 機(jī)器人采用了號稱世界上最小、最輕的形狀記憶執(zhí)行器

美國華盛頓州立大學(xué)研制的兩種昆蟲型機(jī)器人--迷你蟲和水黽--是目前已知最小、最輕、最快的全功能微型機(jī)器人。

這種微型機(jī)器人有朝一日可用于人工授粉、搜救、環(huán)境監(jiān)測、微型制造或機(jī)器人輔助手術(shù)等領(lǐng)域。他們在電氣和電子工程師學(xué)會機(jī)器人與自動化協(xié)會的智能機(jī)器人與系統(tǒng)國際會議論文集上報告了他們的研究成果，微型蟲子重8毫克，而水黽重55毫克。兩者都能以每秒約六毫米的速度移動。

華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院的博士生、這項研究的第一作者康納-特里格斯塔德（Conor Trygstad）說："與這種規(guī)模的其他微型機(jī)器人相比，這個速度已經(jīng)很快了，不過仍然落后于它們的生物親戚。一只螞蟻通常重達(dá)五毫克，移動速度可達(dá)每秒近一米。"

這些微型機(jī)器人的關(guān)鍵在于它們的微小致動器。特里格斯塔德利用一種新的制造技術(shù)，將致動器微型化到不到一毫克，這是目前已知的最小的致動器。

領(lǐng)導(dǎo)該項目的西悉尼大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院工程學(xué)副教授 Néstor O. Pérez-Arancibia 說："這些致動器是迄今為止為微型機(jī)器人開發(fā)的最小、最快的致動器。"

致動器使用一種稱為形狀記憶合金的材料，這種材料在加熱時能夠改變形狀。之所以稱其為 "形狀記憶"，是因?yàn)樗苡涀〔⒒謴?fù)到原來的形狀。與移動機(jī)器人的典型電機(jī)不同，這些合金沒有任何活動部件或旋轉(zhuǎn)組件。

執(zhí)行器設(shè)計的進(jìn)步使得我們能夠制造出微小、功能齊全的 WaterStrider 和 MiniBug 機(jī)器人。

"它們的機(jī)械性能非常好。"Trygstad 說。"輕型致動器的開發(fā)開辟了微型機(jī)器人的新領(lǐng)域。"

形狀記憶合金一般不用于大規(guī)模機(jī)器人運(yùn)動，因?yàn)樗鼈兊乃俣忍?。然而，?WSU 機(jī)器人的案例中，致動器是由兩根直徑為 1/1000 英寸的微小形狀記憶合金線制成的。只需少量電流，這些金屬絲就能輕松加熱和冷卻，使機(jī)器人能夠以每秒 40 次的速度扇動鰭或移動腳。在初步測試中，致動器還能舉起超過自身重量 150 倍的物體。

與其他用于使機(jī)器人移動的技術(shù)相比，SMA 技術(shù)也只需要極少量的電力或熱量就能使機(jī)器人移動。

Trygstad 說："SMA系統(tǒng)對供電系統(tǒng)的要求要低得多。"

Trygstad 是一位狂熱的飛蠅釣魚愛好者，他長期以來一直在觀察水黽，并希望進(jìn)一步研究它們的運(yùn)動。雖然西悉尼大學(xué)的水黽機(jī)器人是用扁平的拍打運(yùn)動來移動自己，但自然界的昆蟲是用腿做更有效的劃船運(yùn)動，這也是真實(shí)昆蟲能移動得更快的原因之一。

研究人員希望仿造另一種昆蟲，開發(fā)一種既能在水面上移動，又能在水面下移動的水黽型機(jī)器人。他們還在努力使用微型電池或催化燃燒技術(shù)，使機(jī)器人完全自主，不受電源的束縛。