受甲壳虫启发的机器人使用弹性能量跳跃

研究人员在开发昆虫大小的跳跃机器人方面取得了重大飞跃，这种机器人能够在机械、农业和搜救环境中常见的小空间中执行任务。

一项由机械科学与工程教授Sameh Tawfick演示了一系列甲虫大小的机器人，小到可以放入狭小的空间，强大到可以机动越过障碍，快到可以与昆虫的快速逃生时间相匹配。

研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

在过去的十年里，伊利诺伊大学香槟分校和普林斯顿大学的研究人员研究了咔哒甲虫的解剖学、力学和进化。2020年的研究研究发现，咔嚓甲虫胸腔内盘绕肌肉的快速屈曲(弹性能量的快速释放)被触发，使它们能够在数倍于体长的空中推动自己，这是一种在翻转到背部时纠正自己的方式。

Tawfick说:“小型机器人的最大挑战之一是找到一种体积小但足够强大的设计，可以绕过障碍或快速逃离危险环境。”

在这项研究中，Tawfick和他的团队使用了微型盘驱动器类似于动物肌肉，它拉动一个梁状机构，使其缓慢弯曲并储存弹性能量，直到它自发释放和放大，推动机器人向上。

Tawfick说:“这个过程被称为动态屈曲级联，与甲虫的解剖结构相比简单。”“然而，在这种情况下，简单是好的，因为它允许我们在这种小范围内工作和制造零件。”

在生物进化和数学模型的指导下，该团队构建并测试了四种设备变体，最终选择了两种无需人工干预就能成功跳跃的配置。

Tawfick说:“展望未来，我们对下一代机器人的确切设计还没有一个固定的方法，但这项研究为这项技术的进化埋下了种子，这是一个类似于生物进化的过程。”

该团队设想，这些机器人可以进入狭小的空间，帮助对涡轮机和喷气发动机等大型机器进行维护，例如通过拍照来识别问题。

“我们也想象昆虫大小的机器人在现代农业中很有用，”托菲克说。“科学家和农民目前使用无人机和探测车来监测作物，但有时研究人员需要传感器来触摸植物或捕捉非常小范围的特征照片。昆虫大小的机器人可以做到这一点。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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