近日，由美國西北大學(Northwestern University)主導的國際工程師團隊創(chuàng)造并展示了有史以來最小的遙控行走機器人。這種亞毫米級機器人的神奇之處在于，它可以通過激光遙控行走、彎曲、扭曲、轉(zhuǎn)彎和跳躍。
該團隊表示，這款“微型機器人”可以擴展小型系統(tǒng)的功能和性能，使其更接近現(xiàn)實世界的應用，比如修復或組裝小型結(jié)構(gòu)或機器，又或者作為外科助手，清除阻塞的動脈以阻止內(nèi)出血或消除癌癥腫瘤。
與現(xiàn)有的小型化機器人制造方法不同，該團隊的亞毫米機器人設(shè)計方法不需要復雜的硬件、電力或連接到遠程控制設(shè)備。該團隊的新方法受到了立體書中的3D圖片的啟發(fā)，研究小組在螃蟹機器人身上使用了形狀記憶合金，用激光從不同角度加熱它，刺激它的形狀發(fā)生變化，并在此過程中產(chǎn)生能量讓它移動——激光的方向決定了機器人的移動方向。
為了制造出像蟹爪一樣的機器人，工程師們首先將機器人的鎳鈦諾關(guān)節(jié)和支撐結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺(PI)骨架轉(zhuǎn)移打印到一個拉伸的硅膠彈性體基底上。接下來，他們釋放基板上的張力，使硅片收縮，使平面鎳鈦諾/ pi設(shè)計彎曲并彈出，形成一個小螃蟹的3D形狀。這些微型機器人僅有半毫米寬，可以通過外部掃描激光進行控制。
工程師們用掃描激光反復加熱和冷卻螃蟹的鎳鈦諾關(guān)節(jié)，使其擴張和收縮(控制運動幅度、速度和方向)，從而啟動了微型機器人的運動。在之后的耐久性測試中，Rogers和他的同事們發(fā)現(xiàn)，鎳鈦合金接頭可以在520納米掃描激光下進行超過10萬次連續(xù)的加熱-冷卻轉(zhuǎn)換，而不會失去穩(wěn)定性。
當激光照射到機器人身上時，它們的關(guān)節(jié)會因受熱而擴張。當激光停止發(fā)光時，它們的關(guān)節(jié)會隨著冷卻而收縮。這導致它會像螃蟹一樣快速移動，其速度和方向取決于光的頻率和角度。
機器人在硬幣邊緣實現(xiàn)控制運動的圖像
在概念驗證演示中，工程師們展示了他們可以通過掃描激光的方向和角度來控制行走機器人螃蟹的方向。例如，當用激光從左到右掃描腿部關(guān)節(jié)時，微型機器人從右到左飛奔。由于微型機器人非常小，關(guān)節(jié)的加熱和冷卻發(fā)生得很快，這使得機器蟹能夠以每秒半條身長的相對較快的速度移動。實驗顯示，機器人在激光掃描頻率為0.1 Hz時的平均速度為0.017 mm/s，在頻率為10 Hz時的平均速度提高到0.49 mm/s。
這項研究還表明，機器人可以恢復到原來的二維形狀，并進行改造以適應不同的用途。通過不同的3D幾何形狀(仿尺蠖、蟋蟀和甲蟲)和激光掃描模式(通過單獨加熱和冷卻螃蟹的關(guān)節(jié))，他們創(chuàng)造出了更復雜的動作，比如跳躍、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)和彎曲。
工程師們展示了微型機器人作為無線環(huán)境傳感器的潛在用途。他們給機器人配備了反光鏡，當環(huán)境中的材料因濕度或紫外線的變化而變色時，就會觸發(fā)機器人行動。
除了這種機器人，工程團隊還用相同的材料和制造方法創(chuàng)造了類似圓形螺旋和雙層螺旋的微型機器人。Rogers表示：“有了這些裝配技術(shù)和材料概念，我們可以建造幾乎任何尺寸或3D形狀的行走機器人。”
此文來自于：維科網(wǎng)激光