哈佛打造可在水面上行走的昆蟲機器人

2018.08.10 04:18PM
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機器人長得很像蟑螂,不需要用蟑螂藥殺他,但其實是水路兩用的昆蟲機器人,而且文內都沒有小強畫面,請安心閱讀~

  • 文/Yessir Chen

小強潛進水夫,開拓新視界

俗話說的好:「過街蟑螂人人喊打」(誤)你也和大多數人一樣痛恨蟑螂嗎?如果你的回答是肯定的,那麼是否要繼續看下去可要好好考慮了(?)

現實生活中,蟑螂以其旺盛的生命力聞名,除了斷頭也能活的都市傳說,牠們更可以在水下存活長達 30 分鐘之久(所以別再把蟑螂丟到馬桶裡了)。

不過,區區 30 分鐘可贏不了哈佛的蟑螂機器人「HAMR」(Harvard’s Ambulatory Microrobot )!這個蟑螂機器人不只可以在陸上行走、水面漫步,甚至可以優游於水中,替人類開拓新視野!

是哈佛打造可在水面上行走的昆蟲機器人這篇文章的第1圖

新一代的小強機器人可以游泳啦!圖/哈佛大學網站

HAMR 配有多功能足墊,能利用表面張力和其所引起的浮力來行走於水面;而需要潛入水中時,則可以透過電濕潤(electrowetting)的動作去達成。所謂的電濕潤,簡單來說就是透過施加電壓,讓機器人和水面接觸的角度減少,這樣一來,破壞水面就會變得較為容易,HAMR 便能藉此下沉。

此外,團隊還參考了甲蟲潛水時的動作,為機器人編寫了特別訂製的移動(游泳)方式。這些設計讓 HAMR 得以在水上漫步、閃避水面下的障礙物並減少阻力。

小小體型,大大優勢

HAMR 重 1.65 公克(約為一枚大迴紋針重),可額外攜帶 1.44 公克的載荷而不下沉,並且能用高達 10 赫茲的頻率划動其腿槳。為了避免它在水下短路,研發團隊還在它的表面漆上了聚對二甲苯(Parylene)塗層。

是哈佛打造可在水面上行走的昆蟲機器人這篇文章的第2圖

對比一下,機器人真的十分小巧呢!圖/哈佛大學網站

這樣子輕巧的體型為它帶來許多優勢,參與實驗的研究生 Neel Doshi 就說:「HAMR 的體型是性能的關鍵」。為什麼這麼說呢?假如這個機器人再大一些,水面的張力就會很難撐起它;若是它再縮小一點,就會很難產生足夠的力量破壞水面、潛進水中。

另一方面,它也讓研究團隊更了解小尺寸機器人所擁有的可能性和面臨的挑戰。縮小的體型可以增加機器人的機動力,讓它得以「輕功水上飄」,但同時,這種昆蟲大小的機器人也更容易被各種外力影響。

上岸不易,再接再厲

對於 HAMR 來說,下水可不是什麼難事,它無論是在地上還是水中都能同樣優雅,但,若是要從水中回到地面上可就是一大挑戰了!這是由於水的表面張力會對機器人施予一向下的力,且產生的扭矩會導致機器人後腿摩擦力的急劇增加。

為了解決這樣的難題,研究人員試著加強了機器人的傳動系統,在機器人的前腿上安裝軟墊、增加有效載荷,並重新分配摩擦力。這些措施讓機器人能在沿著適當坡度爬行的情況下,成功脫離水面。

未來,研究人員希望能進一步改善 HAMR 的運動,並找到一種無需坡道便能返回陸地的方法。他們打算怎麼做呢?可能的努力方向是採用「壁虎式黏著劑」(模仿壁虎黏著機制而開發出來的黏著劑)或是採取衝動跳躍機制。小強機器人之後會變得多靈活,就讓我們拭目以待吧!

  • 快來一起觀賞 HAMR 游泳:

 

 

參考資料:

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