智東西 7 月 7 日訊息，據美國媒體 Tech Xplore 報道，近日，加州大學伯克利分校（University of California，Berkeley）的一個研究小組，利用昆蟲粘性腳墊背後的靜電粘附原理，升級其研發的昆蟲級軟體機器人，可以成功穿越如迷宮等複雜地形。

這種小型昆蟲級軟體機器人速度也很快，穿過 120 釐米迷宮耗時 5.6 秒，超常見昆蟲水平。

這種昆蟲級軟體機器人僅使用電池供電時，可以攜帶氣體感測器工作 19 分 31 秒。由於設計簡單，即使被 120 磅重的人踩到，這種機器人也能保持完好。

該研究論文題目為《靜電腳墊使具有軌跡控制的敏捷昆蟲級軟體機器人成為可能（Electrostatic footpads enable agile insect-scale soft robots with trajectory control）》，於 6 月 30 日發表在《科學：機器人學》上。

論文連結：

https://robotics.sciencemag.org/content/6/55/eabe7906

01. 蟑螂大小，攻克敏捷性和軌跡控制難題

對於沒有剛性結構來支援快速操作的軟體機器人來說，要實現擁有敏捷性和軌跡控制能力，非常具有挑戰性。

加州大學伯克利分校的機械工程教授林立偉（Liwei Lin）說：“如今最大的挑戰之一，是製造能保留更大機器人的能源能力和控制能力的小型機器人。對於大型機器人，裝載大號電池和控制系統很簡單。但是當試著把機器人各部件不斷縮小尺寸時，這些裝置對機器人來說就變得很難攜帶，會使機器人移動得非常緩慢。”

加州大學的這個研究小組在 2019 年就設計過一種類似蟑螂大小的機器人。

該機器人由一種薄的分層壓電薄膜材料構成，當施加電壓時，這種材料會彎曲和收縮，可以實現以每秒移動約自身長度 20 倍的速度或約每小時 1.5 英里的速度在平坦的表面上疾馳，幾乎和活體蟑螂本身的速度一樣，甚至可以說是類似昆蟲大小的機器人中速度最快的一種。

02. 加個腳墊，機器人軌跡完全可控

林立偉談到：“我們最初的這種機器人可以移動非常快，但我們真的無法控制機器人向左或向右，很多的時候機器人是隨機移動的。因為有時輕微製造差異，導致機器人不對稱，它會偏向一邊。”

在最近的研究中，研究小組給他們昆蟲級軟體機器人添加了兩個靜電腳墊。研究人員在任何一個腳墊上施加電壓，都會增加腳墊和所接觸表面之間的靜電力，使腳墊更牢固地粘在表面上，實現使機器人的其餘身體部分圍繞腳墊旋轉。

這兩個腳墊可以讓操作者完全控制機器人的軌跡，實現機器人在向心加速度超過大多數昆蟲的情況下成功轉彎。

03. 超常見昆蟲表現，5.6 秒通過 120 釐米迷宮軌道

為了展示這款昆蟲級軟體機器人的敏捷性，研究團隊拍攝了機器人在樂高迷宮中行走的過程，同時機器人還攜帶一個小型氣體感測器，這樣就可以感知何時需要轉彎來避免掉落的碎片。機器人最終成功用 5.6 秒通過迷宮中一條 120 釐米的軌道。

▲ 昆蟲級軟體機器人穿過樂高迷宮

林立偉說，這樣小巧、健壯的機器人可能是進行搜救行動或調查其他危險情況下的理想選擇，例如用來檢查可能的氣體洩漏。

研究小組通過一根小電線實現供電和控制，展示機器人的大部分技能。研究人員也嘗試不加外部電源，僅使用內部電池，攜帶氣體感測器的昆蟲級軟體機器人還可以工作 19 分 31 秒。

04. 結語：昆蟲級軟體機器人實現靈活運動

這種昆蟲機器人分別通過使用主體壓電薄膜的結構共振頻率驅動和靜電腳墊實現快速平移和旋轉運動，結構簡單，敏捷性和可控性高。

微型機器人可以完成大型機器人不方便完成的任務，研究人員通過不斷優化設計，提高其實用效能，擴充套件微型機器人的使用範圍。