飛過石堆，穿過樹枝,，穩(wěn)穩(wěn)降落并行駛于地面……復雜戶外環(huán)境下,，一臺體長9厘米、質量25克的微型無線陸空兩棲機器人行動自如,。
4月18日,，清華大學航天航空學院、柔性電子技術國家級重點實驗室張一慧教授課題組在《自然—機器智能》上以研究論文形式在線發(fā)表題為“具有連續(xù)三維變形和鎖定能力的可重構機器”的研究成果,。該課題組開發(fā)了幾何形狀可定制,、具有連續(xù)變形和鎖定特性的小尺度驅動器，并研制出目前已知世界上最小,、最輕的微型無線陸空兩棲機器人,，以及可在“跑車”“飛車”“貨車”多種構型間切換的多功能微型輪式機器人。
論文第一作者,、清華大學航天航空學院博士研究生徐世威介紹,，具有變形和鎖定能力的驅動器如同微型機器人的外骨骼，使其擁有形態(tài)切換能力,，以適應不同環(huán)境,。然而，目前其他驅動器在小尺度下難以同時實現(xiàn)連續(xù)的形狀變化與構型鎖定,，制約了多模式機器人向微型化與無線化發(fā)展,。
對此，課題組采用材料與結構協(xié)同設計的策略,，提出一種具有連續(xù)形狀變化和構型鎖定能力的新型薄膜形電熱響應驅動器的設計概念,。在不同的驅動電壓下，驅動器可以變形并鎖定在不同形態(tài),。在此基礎上,，受積木玩具啟發(fā)，課題組提出一種“搭積木”似的構建方法,，可以制備具有復雜重構能力的驅動器,，如“變形金剛”。
基于所開發(fā)的驅動器,，課題組設計制備出一種微型無線陸空兩棲機器人，能夠在4種典型構型之間轉變,，進而以地面或空中運動模式在復雜室內(nèi)及戶外環(huán)境中運動,。在地面運動模式下,，機器人在多種材質上均具有較快的運動速度，最高可達每秒1.6米,。此外,，機器人構型切換的能耗較低，不超過所用電池容量的1.7%,。
此外,，課題組還將具有復雜變形模式的驅動器作為微型外骨骼，并集成微型電機等部件,，設計制備了一款多功能微型輪式機器人,。該機器人質量僅2.5克，能夠在“跑車”“飛車”和“貨車”等多種復雜構型間自由切換,。
張一慧表示,，此次成果為微型機器人研發(fā)應用提供了新的思路和路徑。未來,，微型無線陸空兩棲機器人可應用于設備故障診斷及檢修,、地質及文物勘探等場景，替代人類執(zhí)行復雜危險環(huán)境下的多種任務,。此外,，團隊研制的驅動器可賦能生物電子器件，用于構建可展開的植入式醫(yī)療器械等,。
編輯：李華山
