水黽啟發的機器昆蟲MiniBug可以精巧地在水面上移動
水黽在水面張力的支撐下在水面上滑行,科學家現在製造出了這種昆蟲的微型機器人版本,它利用特殊的的腿部結構在水面上移動。WaterStrider 機器人由華盛頓州立大學的內斯托爾-O. 佩雷斯-阿蘭奇比亞副教授和工程學博士生康納-特里格斯塔德領導的團隊製造。研究人員還製造了一個更小、更簡單的水蟲啟發機器人,名為MiniBug。
當然,WaterStrider 機器人是這兩款機器人中最精巧的一款,它的長度僅為22 毫米(MiniBug 為8.5 毫米),重量僅56 毫克。它的身體主要由碳纖維製成,利用四個圓盤狀的腳來保持表面張力,使其不會下沉。
不過,該機器人真正有趣的部分是移動其兩隻手臂/鰭的”形狀記憶致動器”。據報道,它的長度只有7 毫米,是迄今為止同類產品中最小的裝置。
WaterStrider 和MiniBug 與一枚美國25 美分硬幣的比例
致動器包含兩根由鎳鈦合金製成的細線,加熱時會收縮,冷卻後又會放鬆,恢復到較長的預設狀態。當接觸到電流時,電線會發熱,從而收縮。當電流停止時,電線冷卻並恢復到”記憶”的較長狀態。
因此,透過施加脈動電流,可以使電線在兩種狀態之間快速來回切換,並在此過程中拍打相連的手臂。透過這種方式,WaterStrider 能夠以每秒40 次的速度拍打雙臂,以每秒約6 毫米的速度在水面上”劃行”。如果採用不同的配置,推桿還能提升自身重量的155 倍。
佩雷斯-阿朗西比亞、特里格斯塔德及其同事目前正在努力將供電裝置整合到機器人中,他們還希望開發出其他受昆蟲啟發的機器人,既能在水面上移動,也能在水下移動。
有朝一日,這些機器人可以應用於人工授粉、搜救和環境監測等領域,而執行器本身也可以用於微型製造和機器人輔助手術等任務。
有關這項研究的論文最近發表在《電氣和電子工程師學會:機器人與自動化協會智慧機器人與系統國際會議論文集》。
不過,這並不是我們看到的第一個水上機器人。以前的例子是透過操縱表面張力和熱敏薄膜來移動的。