麻省理工大学外骨骼机器人（哈佛大学发明首款通过柔性人造肌肉实现受控飞行的微型机器人RoboBee）

2019-11-07 08:15

哈佛的RoboBee项目多年来一直处于微型机器人技术的最前沿。不断发展的技术使得微型机器可以完成飞行、游泳、悬停并摆脱其系绳等。在一项新的发展中，RoboBee已成为第一台使用柔性执行器（使机器运动的人造肌肉）实现受控飞行的微型机器人。

柔性执行器的主要优点是提高了回弹力-由于重量轻，微型机器人已经具有优势。RoboBee拥有柔软的人造肌肉，可以避免在撞入墙壁，掉落到地板或撞到其他RoboBees时受到损坏。

然而困难在于使柔性执行器功能强大到足以实现飞行，同时又为微型机器人提供了足够的控制以使其能够悬停。哈佛大学的柔性执行器技术被认为是率先实现这些突破的技术。

新的进展是哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）和Wyss生物启发工程学院的研究人员合作的结果。研究人员利用现有的100毫克弹性体建立在现有的电柔性执行器技术的基础上，这些弹性体在暴露于电场时会变形。通过在该电场中提高电极的电导率，研究人员能够匹配微型机器人传统上使用的刚性执行器的性能，从而实现600瓦/千克的功率密度。

此外，研究人员提高了稳定性，建造了一个轻巧的机身，在微型机器人上安装了线状物，用于防止执行器弯曲-这是此前的柔性人造肌肉无法做到的。

研究人员在两翼和四翼RoboBee中展示了该技术。两翼变体可以从地面起飞，而带有两个执行器的四翼模型可以继续飞行，尽管在有障碍物的环境中承受了几次碰撞。他们甚至飞行了两个四翼模型，以证明它们在相互碰撞后仍可以继续飞行。他们还使用四个执行器建立了八翼模型。

RoboBee的这些柔性执行器版本目前在飞行中被束缚，通过额外放大器提供电源，并通过外部运动捕捉设置进行导航。研究人员希望该技术可以在搜索和救援中得到应用，从而可能使机器人实际上飞入瓦砾和狭窄的空间。

他们表示，柔性执行器易于组装和更换，但下一个挑战是提高其效率，这是具有刚性执行器的典型微型机器人所无法实现的。如果能达到效率，那么根据高级研究作者Robert Wood的说法，“天空是我们可以制造机器人的极限。” 还有一个棘手的问题，就是系绳需要再次取消。

该小组的研究论文《由柔性人造肌肉驱动的微型机器人的受控飞行》已发表在《自然》杂志上。

责编：陶宗瑶