研究人员开发出具有柔软肌肉的坚固罗博蜂

哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）哈佛微机器人实验室的研究人员，以及生物启发工程怀斯研究所的研究人员，开发了一种由柔软人工肌肉驱动的罗博蜂。这种微型机器人能够在撞击墙壁、掉落在地面和与其他罗博蜂碰撞后仍能继续工作。对于机器人领域来说，这是一个重要的突破，罗博蜂是第一个由柔软执行器驱动且能够实现受控飞行的微型机器人。

Yufeng Chen 是论文的第一作者，也是 SEAS 的前研究生和博士后研究员。

“在微机器人领域，人们一直试图使用柔软的执行器制造移动机器人，因为它们非常坚固，”陈说。“然而，许多领域的研究人员都持怀疑态度，认为柔软的执行器不适合用于飞行机器人，因为它们的功率密度不够高，且难以控制。我们的执行器具有足够高的功率密度和可控性，可以实现悬停飞行。”

该研究发表在 Nature 杂志上。

遇到的问题

研究人员遇到的一个问题是功率密度。他们参考了 David Clarke 实验室开发的电驱动柔软执行器。柔软执行器是通过使用介电弹性体制造的，介电弹性体是一种具有强绝缘性的柔软材料。当施加电场时，介电弹性体会变形。

在提高电极导电性后，执行器可以在 500 赫兹下运行。这与之前在机器人中使用的刚性执行器类似。

柔软执行器的另一个问题是系统经常变得不稳定。为了解决这个问题，研究人员开发了一种轻量级的空气框架。它由一根垂直约束线组成，以防止执行器 buckling。

飞行能力

在小型机器人中，柔软执行器可以轻松地更换和组装。研究人员开发了多种不同飞行能力的柔软驱动罗博蜂模型。

其中一个模型具有两个翅膀，可以从地面起飞。然而，这个模型没有进一步的控制。一个四翅、两个执行器的模型可以在拥挤的环境中飞行。在一次飞行中，罗博蜂可以避免多次碰撞。

Elizabeth Farrell Helbling 是 SEAS 的前研究生，也是论文的共同作者。

“小型、低质量机器人的一个优势是它们对外部冲击的抵抗力，”她说。“柔软的执行器提供了额外的好处，因为它可以比传统的执行策略更好地吸收冲击。这在潜在的应用中将非常有用，例如飞过碎片进行搜索和救援任务。”

另一个模型是八翅、四执行器的罗博蜂。它可以执行受控的悬停飞行，这是柔软驱动飞行微型机器人首次实现的功能。

下一步是什么？

研究人员现在正在尝试提高柔软驱动罗博蜂的效率。它仍然有很长的路要走，才能赶上传统的飞行机器人。

Robert Wood 是 SEAS 的 Charles River 工程和应用科学教授。他也是生物启发工程怀斯研究所的核心成员和论文的高级作者。

“具有肌肉样特性和电激活的柔软执行器代表了机器人领域的一个重大挑战，”伍德教授说。“如果我们能够开发出高性能的人工肌肉，机器人领域的可能性将是无限的。”