我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)仿生“昆蟲”微型動(dòng)力技術(shù)突破
在災(zāi)后救援、大型機(jī)械裝備檢修等場(chǎng)景，仿生機(jī)器“昆蟲”大有可為，業(yè)界一直在尋找適配的高效動(dòng)力系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，成功實(shí)現(xiàn)微型動(dòng)力技術(shù)新突破，并基于此研發(fā)出一款仿生“昆蟲”，實(shí)現(xiàn)了昆蟲尺寸（2厘米）機(jī)器人的脫線可控爬行。相關(guān)成果近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》發(fā)表。
圖為北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的微型機(jī)器“昆蟲”。（受訪者供圖）
置身一堆小石塊兒間，這款四足機(jī)器“昆蟲”行動(dòng)矯健、穿梭自如，仿若甲殼蟲。文章共同通訊作者、北航能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授閆曉軍介紹，該機(jī)器“昆蟲”身長(zhǎng)2厘米、寬1厘米、重1.76克，垂直投影面積僅兩個(gè)指甲蓋大小，具有快速機(jī)動(dòng)、高載重、無線可控等特性。
尺寸雖小，“五臟”俱全。其中，動(dòng)力系統(tǒng)是機(jī)器人的“心臟”。普通機(jī)器人通?？侩妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)供能要求較高，而微型機(jī)器人內(nèi)部空間不足以承載大容量電池，需外接通電線持續(xù)供電，其自由移動(dòng)因此受限。北航科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年研究，開發(fā)出基于直線式驅(qū)動(dòng)、柔性鉸鏈傳動(dòng)的新型動(dòng)力系統(tǒng)，讓微型機(jī)器人成功擺脫電機(jī)與外接電線。
圖為北航科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的微型機(jī)器“昆蟲”爬行動(dòng)圖。（受訪者供圖）
“在機(jī)器‘昆蟲’內(nèi)，我們植入了能源、控制、通訊和傳感系統(tǒng)。直線式驅(qū)動(dòng)器將‘體內(nèi)’小型電池輸入的電能，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并向外輸出機(jī)械振動(dòng)；柔性鉸鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)器‘昆蟲’腿部的周期振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)體實(shí)現(xiàn)高頻彈跳運(yùn)動(dòng)。”團(tuán)隊(duì)成員、北航助理教授劉志偉說，“通俗講，‘體內(nèi)’微型電池完成電生磁，促使一旁的磁鐵振動(dòng)，再帶動(dòng)腿部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。”
北航博士生、團(tuán)隊(duì)成員詹文成介紹，科研團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了仿生奔跑步態(tài)，通過機(jī)器“昆蟲”步頻和步幅的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高載重下快速爬行；提出基于機(jī)器“昆蟲”雙腿振動(dòng)頻率差的控制方法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡精確控制。
閆曉軍表示，這一微型動(dòng)力技術(shù)的成功研發(fā)，有望推動(dòng)微型機(jī)器人大范圍開發(fā)和應(yīng)用，助力災(zāi)后搜救、大型機(jī)械設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施損傷檢測(cè)等。
