靠酒精驱动,88毫克的微型机器人可持续工作2小时

    微型机器人可以在极为狭小的空间里运动,这是人类和传统机器人无法做到的。但由于其体型过小,功率、控制力受限,目前的技术仍无法使其有效解决社会问题。

    近日,来自南加州大学的研究人员发明了一款酒精驱动的微型昆虫机器人,在解决微型机器人能量来源问题上提供了全新思路,朝着研发完全自主微型机器人的目标迈进了重要的一步。

    该微型机器人的名称为RoBeetle,不同于其他依靠电池或外接电线驱动的微型机器人,它的能量来源是甲醇。它长15毫米,质量只有88毫克(大约相当于三粒大米),却可以拖运其自身重量2.6倍的物体。它能够携带95毫克的燃料,燃料最多可以为其供电2个小时。

    相关研究《An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle》8月19日发表在《科学机器人》上,主要作者为南加州大学航空航天与机械工程系助理教授Néstor O. Pérez-Arancibia和博士生Xiufeng Yang、Longlong Chang。

    “电池的能量密度非常低,因此我们需要新的能量来源。我们制作的机器人又轻又小是因为它不依靠电池供能。”Néstor O. Pérez-Arancibia在接受New Scientist网站采访时表示。

    研究人员在论文中称,大多数昆虫的肌肉发达,这有利于它们进行激烈的运动。同时,它们粗壮的身体有助于以脂肪和糖原的形式储存能量。受此启发,研究人员开发了可靠坚固的微型人工肌肉,可以像真实肌肉一样收缩和放松。

    覆盖有铂(Pt)粉的镍钛合金线的电子显微镜图像

    最值得关注的是,人工肌肉的能量来源是甲醇。以往微型机器人通常依靠电池或外接电线驱动,前者因为体积限制,其比能量往往很低(低于1.8MJ/kg),而后者则制约机器人的独立性。甲醇在正常大气压下以液体形式储存,能量是小型电池的10倍以上。这意味着利用甲醇驱动的微型机器人自主性更强,同时可以保持较小的体积。

    该动力系统中的镍钛合金线表面覆盖有铂(Pt)粉,可以催化甲醇燃烧。燃烧产生热量,使位于机器人腿部的电线缩短。化学反应停止后,电线冷却,重新延伸,由此驱动RoBeetle运动。

    为了验证在甲醇驱动下机器人的运动性能,研究人员进行了两组实验。