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下一代蟑螂机器人:可以探索水下环境
导语:在自然界中,蟑螂可以在水下存活长达30分钟。现在,蟑螂机器人可以做得更好。哈佛大学的Ambulatory Microrobot,被称为HAMR,可以在陆地上行走,在水面上游泳,并在必要时可以在水下行走,为这个小机器人的探索开辟了新的环境。

在自然界中,蟑螂可以在水下存活长达30分钟。现在,蟑螂机器人可以做得更好。哈佛大学的Ambulatory Microrobot,被称为HAMR,可以在陆地上行走,在水面上游泳,并在必要时可以在水下行走,为这个小机器人的探索开辟了新的环境。

下一代蟑螂机器人HAMR使用多功能脚垫,当HAMR需要游泳时,它可以依靠表面张力和表面张力引起的浮力浮在水面,但是当HAMR需要下沉时也可以施加电压来破坏水面。这个过程称为电润湿,是在施加的电压下材料与水表面之间的接触角的减小。接触角的这种变化使物体更容易破坏水面。

在水面上移动允许微型机器人躲避浸没的障碍物并减少阻力。使用四对不对称襟翼和定制设计的游泳步态,HAMR机载桨在水面上游泳。利用机器人的被动襟翼和周围水之间的不稳定相互作用,机器人产生类似于潜水甲虫的游泳步态。 这允许机器人有效地向前游泳和转弯。

“这项研究表明,微型机器人可以利用微观物理在这种情况下表面张力,来执行对大型机器人具有挑战性的功能和能力,”哈佛大学John A. Paulson工程与应用学院(SEAS)博士后研究员,该论文的第一作者Kevin Chen说。

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最新研究成果发表在《自然通信(Nature Communications)》杂志上。

SEAS的研究生、论文的共同作者Neel Doshi表示,“HAMR的尺寸是其表现的关键。如果它更大,那么通过表面张力来支撑机器人将是极大的挑战,但如果它小得多,机器人可能无法产生足够的力来打破水面。”

HAMR重1.65克(大约和一个大的回形针一样多),可以携带1.44克的额外有效载荷而不会下沉,并且可以以高达10赫兹的频率划动它的腿。它被聚对二甲苯包裹,以免在水下短路。

一旦低于水面,HAMR使用相同的步态,就像在干地上行走一样,并且同样具有移动性。为了能重新回到陆地上,HAMR面临着巨大的挑战。水平面张力是机器人重量的两倍,向下推动机器人,此外,诱发的扭矩会导致机器人后腿摩擦力的急剧增加。研究人员加强了机器人的传动,并在机器人的前腿上安装了软垫,以增加有效载荷,并在攀爬过程中重新分配摩擦力。最后,沿着适度的斜

资深作者、SEAS 工程与应用科学Charles River教授、哈佛大学Wyss生物启发工程研究所核心教员Robert Wood表示,“这个机器人很好地展示了小型机器人遇到的一些挑战和机遇。收缩带来了增加流动性的机会,比如在水面上行走,但也面临挑战,因为我们认为在更大的尺度上的力量可以在昆虫大小的机器人领域占据主导地位。”

未来,研究人员希望进一步改善HAMR的运动,并找到一种无需坡道就能返回陆地的方法,可能采用壁虎式粘合剂或脉冲跳跃机制。

原创
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