康奈尔大学的研究人员将软微致动器与高能量密度的化学燃料结合在一起，创造出了一种昆虫大小的四足机器人，它由燃烧驱动，可以超越电动驱动的竞争对手。

该小组的论文《昆虫级机器人的强大、软燃烧驱动器》发表在9月14日的《科学》杂志上。第一作者是博士后研究员卡梅伦·奥宾博士。&#quot;23。

该项目由康奈尔大学工程学院机械与航空航天工程副教授罗布·谢博德(Rob Shepherd)领导，他的有机机器人实验室此前曾利用燃烧技术为电子设备制造盲文显示器。

任何见过蚂蚁从野餐中叼走食物的人都知道，昆虫远比它们微小的体型所显示的要强壮得多。然而，这种规模的机器人尚未充分发挥其潜力。奥宾说，其中一个挑战是&#quot;当你把马达、引擎和泵缩小到这个尺寸时，它们就不能真正工作了”，所以研究人员试图通过创造定制的机制来实现这些功能。到目前为止，这些机器人中的大多数都是与它们的电源相连的——通常是指电力。

他说:&#quot;我们认为，使用高能量密度的化学燃料，就像我们在汽车中使用的那样，将是我们增加机载功率和这些机器人性能的一种方法。”&#quot;很明显，我们并不提倡大规模使用化石燃料。但在这种情况下，有了这些非常非常小的机器人，一毫升的燃料可以让机器人工作一个小时，而不是一个太重的电池，机器人甚至无法举起，这是一种显而易见的选择。”

虽然该团队还没有创造出一个完全不受束缚的模型——奥宾说他们已经完成了一半——但目前的迭代&#quot;绝对扼杀了竞争，就他们的力量输出而言。”

这个四条腿的机器人只有一英寸长，重量相当于一个半回形针，它是用一种阻燃树脂3d打印的。车身包含一对分离的燃烧室，它们通向四个驱动器，充当脚。每个执行器/脚都是一个中空的圆柱体，底部有一块硅橡胶，就像鼓皮一样。当使用机载电子设备在燃烧室中产生火花时，预先混合的甲烷和氧气被点燃，燃烧反应使鼓皮膨胀，机器人就会弹出到空中。

机器人的执行器能够达到9.5牛顿的力，而其他类似大小的机器人大约为0.2牛顿。它还可以在超过100赫兹的频率下工作，实现140%的位移，可以举起22倍于自身重量的东西。

奥宾说:&#quot;通过燃烧提供动力，它们可以做很多这种规模的机器人目前无法做到的事情。”&#quot;它们可以在非常困难的地形上行驶并清除障碍。就它的体型而言，这是一件不可思议的毛衣。它在地面上的速度也很快。所有这些都取决于这些燃料驱动执行器的力密度和功率密度。”

执行器的设计也使高度的控制。通过转动旋钮，操作员可以调整火花的速度和频率，或者实时改变燃料供给，触发动态响应范围。一点燃料和一些高频火花使机器人在地面上快速移动。再加一点燃料，少一点火花，机器人就会放慢速度，跳起来。根据奥宾的说法，把燃料一直往上加，并给它一个良好的火花，机器人就会在空中跳跃60厘米，大约是它身体长度的20倍。

奥宾说:&#quot;在这种规模的机器人中，你通常不会看到所有这些多步态运动。”&#quot;它们要么是爬行动物，要么是跳跃动物，但不是两者都是。”

研究人员设想将更多的驱动器以并行阵列的形式串在一起，这样它们就可以在宏观尺度上产生非常精细和非常有力的关节。该团队还计划继续开发一个非绑定版本。要实现这一目标，需要将气体燃料转变为液体燃料，这样机器人就可以携带更小的电子设备。

奥宾说:&#quot;每个人都认为这些昆虫大小的机器人可以在恶劣的环境中用于搜索和救援、勘探、环境监测、监视和导航。”&#quot;我们认为，使用这些燃料的机器人性能的提高使我们更接近现实，这实际上是可能的。”

合著者包括电子与计算机工程助理教授E. Farrell Helbling;机械与航空航天工程助理教授Sadaf Sobhani;罗纳德·h·海瑟博士”23日,博士后研究员Ofek Peretz;21岁的Julia Timko和22岁的Kiki Lo;以及以色列理工学院的阿米尔·盖特。

作者：康奈尔大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/09/230919154915.htm

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