麻省理工学院的研究人员为这些像虫子一样的机器人配备了低电压、能量密集的人造肌肉来飞行

麻省理工学院的研究人员重新发明了制造技术后面微型机器人因此,它们可以以更低的电压运行,同时携带更多的有效载荷。

正如麻省理工学院的研究人员所说,“对于机器人来说,越大并不总是越好。”从授粉无人机到可以找到埋在废墟中的幸存者,微型机器人可以把人类带到我们无法到达的地方。虽然微型机器人的潜力是巨大的,但它们的微型尺寸需要一种高科技的制造技术,麻省理工学院的研究人员最近改进了这种技术,并进行了成功的测试。由软致动器、弹性体和电压分配器组成的新制造技术可以制造出缺陷更少的人造肌肉。

设计师:麻省理工学院

由于微型机器人重量轻,在改进这种新的制造技术之前,它们无法携带必要的电力电子设备,使它们能够自行飞行。人造肌肉是由柔软的驱动器产生的,这些驱动器可以快速扇动小型无人机的翅膀,让微型机器人飞行。麻省理工学院的研究人员发现,驱动器的表面积越大,所需的电压就越小。考虑到这一点,他们“能够创造一个有20层的驱动器,每层厚度为10微米(大约是一个红细胞的直径)。”

麻省理工学院的研究人员随后开发了软致动器,其运行电压比现有版本低75%,同时负载增加80%。此外,驱动器的功率输出增加了300%以上,并显著提高了微型机器人的寿命。麻省理工学院的助理教授Kevin Chen解释说:“我们证明了这个重量不到1克的机器人,在悬停飞行中以最小的误差飞行了最长的时间。”

在一个新发布视频描述了这些微型机器人背后的设计和建造过程,麻省理工学院的研究人员指出,“每个矩形微型机器人都有四组翅膀,每组翅膀都由一个软驱动器驱动。这些肌肉状的驱动器由多层弹性体制成,这些弹性体夹在两个非常薄的电极之间,然后卷成一个柔软的圆柱体。当电压施加到驱动器上时,电极挤压弹性体,机械应变用于扇动机翼。”此外,研究人员优化了由碳纳米管组成的薄电极,以增加驱动器的功率输出并降低电压。

在使用如此薄的弹性体层时,在研究人员完善浓度之前,碳纳米管的尖端会刺穿弹性体。由于在固化阶段添加了更多的层,执行器也需要更长的时间来干燥。正如陈解释的那样,“我第一次让我的学生做一个多层驱动器,一旦他做了12层,他必须等两天才能固化。这是完全不可持续的,特别是如果你想扩大到更多层。”

在此之后,他们发现一旦碳纳米管转移到弹性体上,每层烘烤几分钟可以显著减少固化时间。随着研究人员不断完善微型机器人的操作,陈希望将其厚度减少到只有一微米,从而为这个昆虫大小的机器人带来更多可能的应用。