“MIT微型机器人实验室的昆虫机器人”

MIT的微型潜水艇

MIT微型机器人实验室一直在研究微型昆虫机器人。这是一艘黄色的微型潜水艇。在水下，它每秒拍动9次微型机翼就能移动，潜水艇在水面上时，可以使用同样的机翼，只不过必须每秒拍动250次才能让它飞起来。所以，这个机器人可以同时做到这两点。它既可以飞，也可以游泳，但由于它的重量只有175毫克，因此如何克服表面张力是一个问题。

水面张力的突破方案

为了逃离水面张力，潜艇将水分解成氢气和氧气，然后将这些气体储存在浮力舱中。这样做的原因是机翼非常脆弱。如果机器人被困在水下时机翼就开始快速拍打，它们会立即折断。因此，先使用浮力舱将机器人脆弱的部分带出水面，但此时机器人仍然被困在最外层的表面张力中。这时，舱内的火花会点燃气体，通过爆炸打破表面张力，将机器人射向30厘米高的空中。这样机器人就能获得自由，可以顺利飞起来。

通过施加电压，破坏张力

这个机器人找到了另一种突破表面张力的方法。它利用脚上的大型防水铜垫在水面上行走，但当它需要潜入水下时，它会对这些铜垫施加600伏电压，从而产生正电荷，吸引水分子并打破张力屏障，使其能够根据指令下沉。然后，一旦潜入水中，它就可以在水下行走。

昆虫翅膀的工作原理

昆虫机器人不能像鸟一样飞行，因为它的表面积与体积之比太大。因此它智能像蜜蜂一样频繁扇动翅膀。它们在翅膀上方产生空气涡流，这些涡流形成低压区。当它与机翼下方的高压相结合时，就产生了升力。因此，它们通过来回扇动翅膀被推入低压区域。

最初使用压电晶体作为动力源

要为昆虫机器人这么小的东西提供动力，不能使用电动机。因为磁铁和线圈无法有效地缩小到这么小的尺寸。MIT团队最初选择了压电晶体作为驱动源，通过在晶体上施加电压，它们会稍微收缩，但只有0.1%左右，远不足以让机器人飞起来。因此，他们设计了一个底盘，以机械方式将运动放大30倍。如果每秒打开和关闭电压120次，RoboBee就会拍打翅膀飞起来。但是压电晶体有一个缺点，那就是它们很脆弱。即使翅膀受到很小的撞击，晶体也会破裂，RoboBee就会停止工作。

之后使用软聚合物驱动翅膀

麻省理工学院的RoboBee使用软聚合物来驱动，它们像微小的肌肉一样有效地工作。他们取一种聚合物，并在每侧涂上碳纳米管，形成两个有效的导电板。如果在这些板上施加相反的电荷，它们就会拉在一起，拉伸聚合物。如果在两块板上都施加同性电荷，它们就会排斥，因此聚合物会收缩。如果将层卷成管状，就可以放大它们产生的力，伸展到其长度的25%。通过每秒数百次循环电压，这些肌肉驱动就能RoboBees的翅膀。目前Robobee的翅膀频率能做到400赫兹左右，介于蜜蜂和蚊子之间。

设计了人造肌肉的修复方案

这种人造肌肉如果被针刺穿，碳纳米管就会被拉进去，然后两个板会接触，造成短路，使肌肉失效。但科学家们甚至找到了解决这个问题的方法。当高电流循环时，接触的碳纳米管会燃烧掉，因此肌肉会自我修复。Kevin和他的团队发明了一种对机器人进行激光手术修复的方法。他们对一个Robobee机器人进行了极限测试。它的人造肌肉被很多针刺穿，被通过激光束击修复之后，它仍然可以飞行。

设计微型发动机作为机器人动力源

这些机器人依靠电池飞行的距离是有限的。因此机器人团队设计了一款微型内燃机，硬币大小的发动机依靠恒定的甲烷和氧气流来运转。甲烷和氧气被送入燃烧室，在燃烧室中被火花点燃，然后燃烧，释放出一股能量。热气体迅速膨胀，推动一个像活塞一样的柔性聚合物膜。膜会随着活塞移动，之后依靠其天生的弹性，将其拉回。当膜收缩时，它会排出废气，使循环重复进行。只需在小型机器人上安装两个燃烧室，一个用于前腿，一个用于后腿，就能控制机器人的航向。

具备强大的功率

就其尺寸而言，这款机器人的功率非常强大。- 它的重量为1.6克，但可以在空中跳跃约两英尺。它可以承载其体重22倍的重量，这大约相当于蟑螂的重量。这种载重能力，能够放置燃料箱、微电子传感器、相机、电池，为未来的应用留下足够的想象空间。

微型机器人已经开始投入使用

微型机器人已经开始投入使用。飞机涡轮发动机机如果出现裂缝可能会带来灾难性的后果，因此制造商每3000个飞行周期或180天需要检查一次涡轮机，但检查费用高达数万美元，而且可能需要一整天的时间。这就是早期受蟑螂启发的机器人HAMR的用武之地。它特殊的脚垫可以对极化的金属表面施加电压，在脚下产生相反的电荷，使它能够粘附在金属表面。原理类似于将气球在头发上摩擦后粘在墙上。它的速度非常快，每秒可以跑 10.5 个身体长度。相对而言，这比马还快。罗罗和哈佛大学合作将HAMR机器人放入发动机内部，以便检查涡轮机是否出现裂纹。即使是倒置的。由于其质量很小，附着力相对于其重量要强得多，因此甚至能倒吊在金属上。对于进入一些狭小的空间检查，这非常有用。