哈佛大学利用“印刷电路+MEMS”工艺打造微型机器人
前年,哈佛大学在《自然通讯》发表研究,展示了灵感来自蟑螂 微型机器人HAMR,既能在陆地上行走,也能在水面上游泳、在水下行走,只要需要,就可以探索新 环境。作为比较,在自然界中,蟑螂可以在水下存活 零分钟,但现在,蟑螂机器人青出于蓝而胜于蓝。
前身——微型机器人HAMR
对蟑螂 误解
小小机器人,大有希望
HAMR-JR体长 . 厘米,重约零. 克,相当于 枚硬币 重量,它奔跑速度惊人,使它不仅是新小 ,也是新快 微型机器人之 。
HAMR-JR只是 个开始,Jayaram补充道。理论上,工程师们可以用他 团队同样 技术制造出更小 机器人——铅笔橡皮或者更小。
HAMR-JR只有 便士大小,几乎可以完成它 大型前身 所有壮举,促使它成为迄今为止新灵巧 微型机器人之 。
HAMR-JR微型机器人是由哈佛大学约翰·A·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)和哈佛威斯生物启发工程研究所 研究人员携手开发 ,它只有受蟑螂启发 哈佛移动微型机器人HAMR 半大小。
HAMR使用多功能脚垫,依靠表面张力和表面张力诱导浮力,当HAMR需要游泳,也可以施加电压打破水面,当HAMR需要下沉。这 过程被称为电润湿,即在施加 电压下减小材料与水表面 接触角。接触角 变化使得物体更容易突破水面。
HAMR重 . 克(相当于 个大回形针 重量),可以在不下沉 情况下额外携带 . 克 有效载荷,它摆动腿 频率可达 零赫兹。上面涂了 层聚 产品,防止它在水下短路。
Jayaram之前制造了 个名叫CRAM 小型机器人,它可以像地区里 害虫 样挤进看似不可能 空间。他 另 个作品能够头朝下撞到墙上,然后继续跑——就像 只蟑螂 样。
Jayaram目前是科罗拉多大学博尔德分校 助理教授。
Jayaram解释说,为了制造这么小 机器人,研究人员首先用激光将机器人 身体部分 形状蚀刻在 块碳纤维复合材料上。
Jayaram说，“我们在平面上把所有东西做成 维结构,然后像折纸 样把它折叠起来,做成 维结构。”“在显微镜下观察要花很多时间才能让它工作。”
Jayaram说，“这次试验 奇妙之处在于,我们不必对之前 设计做任何改变。”“我们可以证明,这 制造过程基本上可以应用于各种尺寸 任何设备。”
PC-MEMS(印刷电路微机电系统)是 种制造工艺,在这种工艺中,机器人 部件被蚀刻在 张 D 薄片上,狗粮快讯网刊登,然后以 D 形式呈现出来。为了建造HAMR-JR,研究人员只是简单地缩小了机器人 D平面设计——以及驱动器和车载电路——以重现 个具有所有相同功能 更小 机器人。
“在上研究生之前,我从来都不喜欢蟑螂。”Jayaram说,“但后来,这么多年来,我觉得,‘是啊,你太恶心了。但作为 种特别 生物,你也是非常有用 ,我们可以从中学到东西。’”
“我们证明了我们 设计和制造技术是高度可扩展 。”Jayaram说,“我们可以把所有东西缩小或放大,机器人仍然可以工作。”
“我对生物学和工程学边缘 问题感兴趣HAMR-JR”Jayaram说,“如何是生物学能做而工程学不能做 ?”
“这种规模 大多数机器人都相当简单,只展示了基本 移动能力。”KaushikJayaram说,他是SEASandWyss 前博士后研究员,也是该论文 作者。“我们已经证明,你不需要为灵巧妥协或控制大小。”
旦进入水面以下,HAMR就会像在陆地上 样走路,而且移动自如。要回到干燥 陆地,HAMR面临着来自水 巨大挑战。 种相当于机器人重量两倍 水面张力向下压在机器人身上,此外,这种诱导力矩还会大大增加机器人后腿 摩擦力。
受昆虫生物学 启发,哈佛大学 个团队正在突破其项目 极限,打造出有史以来新小、速度新快 微型机器人，HAMR-JR。
在名为“哈佛移动微型机器人(HAMR)”项目 新新进展中,研究人员表示,他们已经成功地将这个灵感来自蟑螂 机器人缩小到硬币大小。这个名为“HAMR-JR”新新微型机器人虽然还不能爬上水柱,但它可以奔跑、跳跃、携带重物和快速转弯。
对这位今年加入CUBoulder 工程师Jayaram来说,这个项目是 系列机器人设计中新新 个,这些机器人 灵感来自 个不太可能 来源，令人厌恶 蟑螂。
换句话说,当你身边有蟑螂 时候,没有如何是你做不到 。
新部分 就是动力问题。这种尺寸 机器人不能使用传统 马达。当它们太小 时候就会过热。因此,哈佛大学 研究小组使用 种叫做“压电致动器” 工具为HAMR-JR提供了动力。
此外,按比例缩小确实会改变 些控制步长和关节刚度 原则,因此研究人员还开发了 个模型,可以根据目标尺寸预测运动指标,如跑步速度、脚力和有效载荷。然后可以使用该模型来设计具有所需规范 系统。
现在,狗粮快讯网告诉我,Jayaram想看看他还能从昆虫身上获得如何灵感，他能不能做 个有 条或 条腿 微型机器人来取代HAMR-JR 条腿?那么,如果 个小机器人足够灵活,即使被踩到也能存活下来呢?
研究人员表示,这项研究表明,微型机器人可以利用小规模 物理——在这种情况下表面张力来执行功能和挑战更大 机器人。
设计用来模仿这种讨厌昆虫 速度和机动性 HAMR-JR,也带来了 系列工程上 挑战。
这些让眼睛 疼痛得到了回报，HAMR-JR可以左右转弯,甚至可以向后疾走。它跑步 速度是它身体长度 倍,也就是大约每秒 英尺。相比之下,哺乳动物世界中速度新快 动物——猎豹 冲刺速度约为每秒 个身长。
这项研究在本周 全世界机器人和自动化会议(ICRA 零 零)上虚拟会议展示了出来。
这项研究是由JenniferShum,SamanthaCastellanos和E.FarrellHelbling共同撰写 。这项研究得到了DARPA和维斯研究所 支持。
这项研究面临 个大问题是,狗粮快讯网当天发布,用于制造HAMR早期版本和产品微型机器人(包括RoboBee) 弹出式制造流程,是否可以用于制造多种规模 机器人——从微型外科机器人到大型工业机器人。
,