它從108米高的標(biāo)志塔頂急速墜落，重重砸向地面，可就在片刻之后，這個(gè)僅有2厘米長(zhǎng)、2克重的小家伙竟重新起身，若無(wú)其事地蹦跶起來(lái)，像極了“打不死的小強(qiáng)”……這不是科幻電影，而是西湖大學(xué)工學(xué)院姜漢卿實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的新一代軟體機(jī)器人。該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的電磁彈性體驅(qū)動(dòng)機(jī)制，首次讓昆蟲(chóng)尺度的軟體機(jī)器人在復(fù)雜戶外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)動(dòng)，為未來(lái)小型化、無(wú)線化、高性能的智能機(jī)器人系統(tǒng)提供了全新解決方案。相關(guān)成果日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

姜漢卿教授告訴筆者：“在自然界，昆蟲(chóng)靠肌肉高效收縮爆發(fā)出驚人力量，但人類復(fù)刻這一奇跡卻困難重重。傳統(tǒng)機(jī)器人依賴笨重的電機(jī)和復(fù)雜零件，根本無(wú)法塞進(jìn)昆蟲(chóng)般小巧的身體。而曾被寄予厚望的人工肌肉，又往往需要高壓電或強(qiáng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，難以在戶外自由施展。”

如何突破這一困境？

姜漢卿團(tuán)隊(duì)從昆蟲(chóng)肌肉的伸縮機(jī)制中獲得靈感，創(chuàng)造出全新的電磁彈性體驅(qū)動(dòng)機(jī)制。這個(gè)系統(tǒng)巧妙結(jié)合了磁力與彈性：利用彈性力和靜磁吸力的平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人類似肌肉收縮的運(yùn)動(dòng)。他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將其塞進(jìn)了軟體機(jī)器人不到2厘米長(zhǎng)的小身板里。如今，只需不到4伏的低電壓，線圈磁場(chǎng)便能讓機(jī)器人像肌肉般高效收縮，爆發(fā)出高達(dá)210牛/千克的力量和60%的驚人形變，性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有技術(shù)。

姜漢卿透露，這精密的“人工肌肉”暗藏玄機(jī)，其彈性體能如拉滿的弓般儲(chǔ)存能量，形成獨(dú)特的“雙穩(wěn)態(tài)”甚至“三穩(wěn)態(tài)”。這意味著，機(jī)器人完成動(dòng)作后無(wú)需持續(xù)耗電就能保持狀態(tài)?！芭e個(gè)例子，新一代軟體機(jī)器人能耗低，只有56毫瓦，跟小LED燈差不多。它背著一枚8毫米長(zhǎng)、4毫米厚、容量只有20毫安的小型板載電池時(shí)，可以持續(xù)工作一個(gè)小時(shí)?！?/p>

正是這項(xiàng)突破性技術(shù)，讓一群“機(jī)器小強(qiáng)”被賦予多種運(yùn)動(dòng)模式，使其得以真正走出實(shí)驗(yàn)室，在復(fù)雜戶外環(huán)境中大顯身手。

——當(dāng)它從高空墜向平地，抗摔打的本領(lǐng)立刻凸顯價(jià)值。1.6厘米長(zhǎng)的蠕動(dòng)機(jī)器人從108米高空自由落體后，竟能毫發(fā)無(wú)傷地繼續(xù)在塵土中匍匐前進(jìn)。未來(lái)，在地震等重大自然災(zāi)害發(fā)生后，它可以被無(wú)人機(jī)投放落地，快速進(jìn)入廢墟深處，尋找被困人員位置并發(fā)出信號(hào)，成為生命搜救的“先鋒”。

——當(dāng)2厘米長(zhǎng)的游泳機(jī)器人躍入水中，瞬間化身靈巧的“機(jī)器魚(yú)”，在自然水體中自主巡游超1小時(shí)。未來(lái)，可以派小巧靈活的它檢測(cè)水下環(huán)境或監(jiān)測(cè)污染。

——全球最小的自主跳躍軟體機(jī)器人在草叢間騰躍，指尖大小的身軀在崎嶇地形中連續(xù)起跳，展現(xiàn)出令人驚嘆的運(yùn)動(dòng)潛力。未來(lái)，它有望在復(fù)雜地形上感知環(huán)境、自主移動(dòng)、躲進(jìn)縫隙等。

“這些‘微型斗士’甚至能搭載傳感器變身環(huán)境偵察兵，將運(yùn)動(dòng)、感知與極限抗沖擊能力完美融合于方寸之間?！苯獫h卿表示。

姜漢卿正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向更高目標(biāo)邁進(jìn)。未來(lái)，這些“機(jī)器小強(qiáng)”將挑戰(zhàn)兩棲運(yùn)動(dòng)與3D跨障能力，成為人類執(zhí)行一系列科學(xué)任務(wù)、探索極端環(huán)境的得力助手?！盎蛟S在不久的將來(lái)，當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，第一批抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的‘使者’，就是這些蹦蹦跳跳、從天而降的‘機(jī)器小強(qiáng)’?！?/p>