图源：pixabay

　　想象一下，成群的机器人昆虫在执行各种任务时在我们周围移动，它们柔软却坚固，便于执行各种高难度任务。这听起来像科幻小说，但却即将成为现实。

　　事实上，昆虫一直是机器人学家灵感的源泉。其顺应性的机身使它们能够从小开口中挤压出来，并且对撞击具有很高的弹性。柔软的动物也一样使人类着迷，许多软机器人的最新进展已实现了广泛的应用。然而，目前厘米级到分米级的软机器人有两个主要限制：首先，大多数软执行器的力和功率密度低，这意味着很少有软机器人可以携带自己的电源，因此必须系绳；其次，缺乏集成的感官动作反馈回路的功能阻止了软机器人对环境的自主响应。致动、传感器、计算单元和电源的集成在保持软机器人的鲁棒性和顺应性的同时具有挑战性，但对于软机器人的发展又必不可少。

　　瑞士洛桑联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology Lausanne）的研究人员已经开发出了一种超轻型机器人昆虫，它利用其柔软的人造肌肉，可以以每秒3厘米的速度在不同类型的地形上移动。最厉害的是，它可以折叠或压扁，但仍可以继续移动。

图源：文献[1]

　　该团队开发了该软件机器人的两个版本，称为DEAnsect。第一个使用超细线束缚，非常坚固。它可以折叠，用苍蝇拍击打或用鞋子压扁，而不会影响其移动能力。第二个是不受限制的模型，完全无线和自主，电池和所有电子组件背在背上。这种智能昆虫配备了用于大脑和眼睛的光电二极管的微控制器，使其能够识别黑白图案，从而使DEAnsect能够跟随地面上绘制的任何线条。

　　DEAnsect机体具有三个低压介电弹性体致动器来驱动其三条腿，重190毫克，可以承载950毫克的有效载荷，也就是其自身体重的五倍。卸载的DEAnsect的移动速度为30毫米/秒，并且由于其顺应性而非常坚固。尽管工作电压低于500伏，但是能够驱动780毫克的驱动电子设备，包括光学传感器，微控制器和电池，用于两个通道以输出450伏的频率，频率高达1千赫。

　　DEAnsect是由洛桑联邦理工学院的软换能器实验室（LMTS）的一个团队与法国塞尔吉-蓬图瓦兹大学（Université de Cergy-Pontoise）的集成致动器实验室（LAI）合作开发的。该研究发表在《科学·机器人》上。

图源：文献[1]

　　DEAnsect配备了介电弹性体致动器（DEAs），这是一种发稀的人造肌肉，可通过振动推动其前进。这些DEA是昆虫如此轻便快速的主要原因。它们还使它能够在不同类型的地形上移动，包括起伏的地面。

　　人造肌肉由夹在两个软电极之间的弹性体膜组成。当施加电压时，电极相互吸引，压缩膜，当电压关闭时，膜恢复其初始形状。昆虫的三只腿都装有这种肌肉。通过快速打开和关闭电压（每秒超过400次）来产生运动。

　　该团队使用纳米制造技术，通过减小弹性体膜的厚度并开发出只有几个分子厚的柔软，高导电性的电极，使人造肌肉能够在相对较低的电压下工作。这种巧妙的设计使研究人员可以大大减小电源的尺寸。

　　软换能器实验室主管赫伯特·希亚（Herbert Shea）解释说：“DEA通常在几千伏的电压下工作，这需要一个大型的电源装置。我们的设计使重量仅为0.2克的机器人能够将所需的一切东西背在背上。这项技术为将DEA广泛应用于机器人技术，智能机器人昆虫群体，检查或远程维修，甚至通过派遣机器人居住在昆虫群落中而获得了更深入的了解，开辟了新的可能性。”

　　目前正在与斯坦福大学合作开发不受限制的，完全软化的版本。从长远来看，他们计划为昆虫安装新的传感器和发射器，使它们可以彼此直接通信。

原创稿件

制作 杨枭 中国科学院大学

审校 赵峥 北京师范大学物理系教授