新技术提高飞行微型机器人的性能

麻省理工学院的研究人员开发了一种新的制造技术，可以生产低电压、功率密度高、耐用性好的柔性执行器，用于空中微型机器人。这种人工肌肉可以提高机器人的载重能力，并实现最佳的悬停性能。

具有较少缺陷的人工肌肉

柔性执行器的工作电压比当前版本低75%，并且可以承载80%更多的载重。由制造技术生产的人工肌肉也具有较少的缺陷，这延长了组件的寿命。

Kevin Chen是电气工程和计算机科学系的D. Reid Weedon，Jr. ’41助理教授。他也是研究实验室电子学（RLE）中柔性和微型机器人实验室的负责人和研究的首席作者。

“这为我们在未来将电力电子设备放在微型机器人上打开了很多机会。人们往往认为柔性机器人不如刚性机器人那么强大。我们证明，这个机器人重量不到一克，飞行时间最长，悬停飞行期间的误差最小。总的来说，柔性机器人可以超过刚性机器人的性能，”陈说。

该研究发表在高级材料杂志上。

矩形机器人重量不到一分钱的四分之一，它有四组翅膀，每组由一个柔性执行器驱动。肌肉状执行器由两块薄电极之间的弹性体层组成。当电压施加到执行器时，电极会挤压弹性体，产生机械应变，导致翅膀扇动。

该团队能够创建一个具有20层的执行器，每层厚度为10微米。

旋转涂层工艺

该团队面临的主要障碍之一是在旋转涂层工艺中，这涉及将弹性体倒在一个平面上并快速旋转。离心力导致薄膜被拉向外侧变薄。

“在这个过程中，空气会进入弹性体并产生许多微小的气泡。这些气泡的直径几乎为1微米，所以以前我们基本上忽略了它们。但是，当你得到越来越薄的层时，气泡的影响变得越来越强。传统上，这就是人们无法制作这些非常薄的层的原因，”陈解释道。

通过在旋转涂层后立即进行真空处理，可以去除气泡，然后可以烘烤弹性体以使其干燥。

通过去除这些缺陷，执行器的功率输出增加了300％以上，其寿命也大大提高了。

研究人员使用这些技术创建了20层的人工肌肉，然后将其与他们之前的6层版本和刚性执行器进行比较。

20层执行器需要不到500伏的电压来运行，它产生了足够的力量，使机器人能够实现3.7比1的升降比，这意味着它可以承载大约三倍于其自身重量的物体。

该团队还成功地进行了20秒的悬停飞行，这是陈认为有记录以来最长的时间，由于机器人重量不到一克。

“两年前，我们创造了最强大的执行器，但它几乎无法飞行。我们开始怀疑，柔性机器人是否能够与刚性机器人竞争。我们观察到一个又一个缺陷，所以我们继续努力，解决一个又一个制造问题，现在柔性执行器的性能正在赶上。它们甚至比最先进的刚性执行器稍微好一点。还有很多材料科学中的制造工艺我们还不理解。所以，我非常兴奋地继续减少驱动电压，”他说。

该团队现在正在寻找比旋转涂层更精确的方法来使层变得更薄。陈希望厚度可以降低到仅1微米。