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堪比世上最小螞蟻的機器人!或可用于修復人體內部損傷

2019-10-23   

中國電源產業網

導語:微型機器人的成規模應用一直是科學家的研發重點。近日,美國佐治亞理工學院研發出一種通過振動來移動的微型3D打印機器人,應用領域非常廣泛。未來,它們可以共同工作來感知環境變化、移動材料,或許有一天還能用于修復人體內部損傷。

微型機器人的成規模應用一直是科學家的研發重點。近日,美國佐治亞理工學院研發出一種通過振動來移動的微型3D打印機器人,應用領域非常廣泛。未來,它們可以共同工作來感知環境變化、移動材料,或許有一天還能用于修復人體內部損傷。

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利用振動移動的最小機器人

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佐治亞理工學院研究人員研發出一種靠振動來移動的微型3D打印機器人。小機器人的來回運動看起來就像在刷毛一樣,因此又被稱為“微型刷毛機器人(micro-bristle-bots)”。

微型刷毛機器人長僅2毫米,這大概是世界上最小的螞蟻的大小。將機器人放置到1美分硬幣旁,大小對比非常明顯,被業界認為是由振動驅動的最小的機器人,以至于有時候研究人員不得不用鑷子來拾取它們。但是盡管體積小,它卻不會受物理限制而困守一方,1秒鐘內它能夠移動自身長度4倍的距離,身體非常靈活。

微型刷毛機器人由粘合在聚合物主體上的壓電致動器組成,致動器產生振動,并通過外部供電(因為沒有足夠小的電池可以安裝到如此mini的機器人身上)。引起振動的源頭有很多,可以來自表面下方的壓電振動篩,或者是超聲波、聲納源,甚至僅僅是微型的揚聲器。

振動使機器人的彈力腿向上和向下移動,從而推動機器人前進。研究人員稱:“微型刷毛機器人的腿部設計有特定的角度,使它們能夠在一個方向上彎曲和移動,以響應振動。”每個機器人都可以根據腿部尺寸和形狀設計的不同來響應不同的振動頻率。而振動幅度的不同則可以控制機器人移動的速度。研究人員通過調整振動頻率和振動幅度就可以控制單個機器人的運動。

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工藝的魅力與設計的妙思

微型刷毛機器人的研發也經歷了一番辛苦,它是從3D打印機中制造而出的,使用了雙光子聚合光刻(TPP)工藝。TPP工藝聚合了單體樹脂材料的技術,當紫外線照射下的樹脂塊一部分被化學處理后,剩余部分就可以被沖走,留下所需的機器人結構。“這項工藝目前需要花費較長的時間,因此我們正在研究改進方法,從而能夠實現微型機器人的批量制造。”研究人員說。為了確定理想的配置,他們制作了數百個微型結構,有四條腿的,還有六條腿的。

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機器人材料的選擇也凝聚了研發人員的妙思。構成機器人的壓電致動器采用了鋯鈦酸鉛(PZT)材料,在施加電壓時會產生振動。同時,它們也可以在振動時產生電壓。因此當機器人受外部振動驅動時,它可以利用這個功能為所攜帶的傳感器供電,形成節能微循環。

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為跨學科研究提供更多可能性

目前,研發團隊正致力于將兩個不同的微型刷毛機器人連接在一起,來增加它們的轉向能力。可響應不同頻率和振幅的機器人組合起來讓運動有了更多可能性。“一旦你擁有一個完全可操縱的微型機器人,你可以想象做很多有趣的事情,”研究人員說。

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還有些研究人員致力于利用磁場產生運動的微型機器人。雖然這對于一次移動整個群體很有用,但是磁力不能輕易用于控制群組中的個體機器人。他們也有興趣開發可以跳躍和游泳的微型機器人。

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研究人員說:“我們正在努力使技術更加成熟,這里面有很多潛在的應用。我們從事的是力學、電子學、生物學和物理學的交叉研究,這個領域很豐富,為跨學科概念提供了很大空間。例如,我們可以觀察螞蟻的集體行為,并將我們從中學到的東西運用到我們的微型機器人身上。”同時他們也表示,雖然這些微型刷毛機器人在實驗室環境中行走得很好,但在它們投入應用之前,要做的事情還有很多。

目前,關于微型刷毛機器人的論文已經在《微機械與微工程期刊(Journal of Micromechanics and Microengineering)》上發表。這項研究得到了佐治亞理工學院電子與納米技術研究所種子基金的資助。

來源:中國電源

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