酒精驅(qū)動的微型機(jī)器人可持續(xù)工作2小時(shí)

發(fā)布：cyqdesign 2020-08-23 10:21 閱讀：4408

微型機(jī)器人可以在極為狹小的空間里運(yùn)動，這是人類和傳統(tǒng)機(jī)器人無法做到的。但由于其體型過小，功率、控制力受限，目前的技術(shù)仍無法使其有效解決社會問題。近日，來自南加州大學(xué)的研究人員發(fā)明了一款酒精驅(qū)動的微型昆蟲機(jī)器人，在解決微型機(jī)器人能量來源問題上提供了全新思路，朝著研發(fā)完全自主微型機(jī)器人的目標(biāo)邁進(jìn)了重要的一步。

該微型機(jī)器人的名稱為RoBeetle，不同于其他依靠電池或外接電線驅(qū)動的微型機(jī)器人，它的能量來源是甲醇。它長15毫米，質(zhì)量只有88毫克（大約相當(dāng)于三粒大米），卻可以拖運(yùn)其自身重量2.6倍的物體。它能夠攜帶95毫克的燃料，燃料最多可以為其供電2個小時(shí)。

相關(guān)研究《An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle》8月19日發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》上，主要作者為南加州大學(xué)航空航天與機(jī)械工程系助理教授Néstor O. Pérez-Arancibia和博士生Xiufeng Yang、Longlong Chang。

“電池的能量密度非常低，因此我們需要新的能量來源。我們制作的機(jī)器人又輕又小是因?yàn)樗灰揽侩姵毓┠�。”Néstor O. Pérez-Arancibia在接受New Scientist網(wǎng)站采訪時(shí)表示。

研究人員在論文中稱，大多數(shù)昆蟲的肌肉發(fā)達(dá)，這有利于它們進(jìn)行激烈的運(yùn)動。同時(shí)，它們粗壯的身體有助于以脂肪和糖原的形式儲存能量。受此啟發(fā)，研究人員開發(fā)了可靠堅(jiān)固的微型人工肌肉，可以像真實(shí)肌肉一樣收縮和放松。

覆蓋有鉑（Pt）粉的鎳鈦合金線的電子顯微鏡圖像

最值得關(guān)注的是，人工肌肉的能量來源是甲醇。以往微型機(jī)器人通常依靠電池或外接電線驅(qū)動，前者因?yàn)轶w積限制，其比能量往往很低（低于1.8MJ/kg），而后者則制約機(jī)器人的獨(dú)立性。甲醇在正常大氣壓下以液體形式儲存，能量是小型電池的10倍以上。這意味著利用甲醇驅(qū)動的微型機(jī)器人自主性更強(qiáng)，同時(shí)可以保持較小的體積。

該動力系統(tǒng)中的鎳鈦合金線表面覆蓋有鉑（Pt）粉，可以催化甲醇燃燒。燃燒產(chǎn)生熱量，使位于機(jī)器人腿部的電線縮短�；瘜W(xué)反應(yīng)停止后，電線冷卻，重新延伸，由此驅(qū)動RoBeetle運(yùn)動。

為了驗(yàn)證在甲醇驅(qū)動下機(jī)器人的運(yùn)動性能，研究人員進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)。

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