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小心!前方有小虫在爬!看它的表面坚硬光滑,也不像是毛毛虫,躯干和四肢方方正正,估计也不是草履虫。身体前方的头部还长着一对触角,莫非是用来接收外来信号的入侵生物。你都猜错了,这其实是最新研制成功的机器人。
这就是刚刚登上《科学》杂志机器人子刊封面的明星机器人:南加大团队带来的RoBeetle。值得骄傲的是,论文第一作者来自华中科大校友杨秀峰,华人科研工作者对于机器人的研究和发明也起起到了关键的作用。
传统的机器人要么和人差不多大,最小的体积也有猫猫狗狗的体型。毕竟要有空间放下最基本的电源和动力控制系统。今天极果君要介绍的这款机器人,只有甲壳虫一般的体型,和你的指甲盖大小差不多。最吊的地方在于,它不用电池!那么黑科技肯定少不了。
动力无需电池,全靠甲醇
先来看看这只名叫RoBeetle的甲壳虫的整体结构,后腿是固定不动的,仅仅起到支撑的作用,全靠前腿拖行,头部的下方是用于活动的前腿、上方是用于载货的支架,整个浅绿色的身体部分,都是用于储存甲醇燃料。上方带有刻度的横条是提供动力的记忆合金,通过传动与前腿连接。
说到这只甲壳虫型机器人的核心部分:能量来源,之所以用甲醇。因为它比传统电池的能量密度高10倍。
一千克的甲醇能提供2万千焦的能量。由于要在这么小的机身内提供能量,电池自然是用不了了。其实自然界能量密度最高的物质要数动物脂肪,能量密度相当于电池的20倍。
甲醇对于大家可能有些陌生,与它类似的乙醇肯定都很熟悉。同样作为醇类,燃烧自然能释放热能,然而在狭小的空间内可不能这么做。“甲壳虫”所采用的是通过催化剂实现其氧化过程,变化过程和燃烧一样,只是反应需要附着在铂金(Pt)表面来进行。
甲醇反应能带来热量,那么怎么转化为机器人前进的机械能呢?最核心的黑科技来了——钛合镍记忆合金。这种合金通常被做成具有弹性的记忆材料。
这条直径只有51微米的金属材料,能在受热时伸长,然后接着收缩。一来一回就让甲壳虫的“前腿”动了起来。当然这只是基础原理,实际的实现过程还要依赖精密的机械设计。
性能方面:能爬坡还能负重
说完了构造和原理,那么极果君接着聊聊RoBeetle作为这个尺寸的机器人到底有多强。首先在室内外都可以工作,续航时间长达2小时,最大负重为自身重量的2.6倍。不过不能转向。另外这个憨憨一旦开始就无法停下来,只能义无反顾地爬,直到燃料耗尽。
不只是平地,它也能在粗糙的表面前行,经测试表面,短毛地毯、沙石路面都可以,碎石子和树叶混合组成的模拟丛林环境也走得动,真的太强了。而且能爬升的最大坡度达到10度。坡度再大地话就得滑下来了,看来比起能上树的猴子还是有些嫩。
除了单独爬行,它前方的支架还能负重。RoBeetle自重有88毫克,能搭载各种传感器来替代人类进入狭小空间执行任务,比如热感仪,摄像头,光感设备等。极果君表示宿管老师要是有了这个,可以方便地用来检查晚上哪个寝室里灯还亮着,毕竟它能轻易地从门缝溜进去。
其实在世界范围内,包括哈佛大学在内的很多高校和科研机构对于微型机器人的研究已经开始了很多年,RoBeetle这次受到的极大
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