“机器小强”强在哪儿

转自：光明日报

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它从108米高的标志塔顶急速坠落，重重砸向地面，可就在片刻之后，这个仅有2厘米长、2克重的小家伙竟重新起身，若无其事地蹦跶起来，像极了“打不死的小强”……这不是科幻电影，而是西湖大学工学院姜汉卿实验室研发的新一代软体机器人。该研究团队提出了一种全新的电磁弹性体驱动机制，首次让昆虫尺度的软体机器人在复杂户外环境中实现完全自主运动，为未来小型化、无线化、高性能的智能机器人系统提供了全新解决方案。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

姜汉卿教授告诉记者：“在自然界，昆虫靠肌肉高效收缩爆发出惊人力量，但人类复刻这一奇迹却困难重重。传统机器人依赖笨重的电机和复杂零件，根本无法塞进昆虫般小巧的身体。而曾被寄予厚望的人工肌肉，又往往需要高压电或强磁场驱动，难以在户外自由施展。”

如何突破这一困境？

姜汉卿团队从昆虫肌肉的伸缩机制中获得灵感，创造出全新的电磁弹性体驱动机制。这个系统巧妙结合了磁力与弹性：利用弹性力和静磁吸力的平衡，来实现机器人类似肌肉收缩的运动。他们还设计了一个精巧的驱动系统，将其塞进了软体机器人不到2厘米长的小身板里。如今，只需不到4伏的低电压，线圈磁场便能让机器人像肌肉般高效收缩，爆发出高达210牛/千克的力量和60%的惊人形变，性能远超现有技术。

姜汉卿透露，这精密的“人工肌肉”暗藏玄机，其弹性体能如拉满的弓般储存能量，形成独特的“双稳态”甚至“三稳态”。这意味着，机器人完成动作后无需持续耗电就能保持状态。“举个例子，新一代软体机器人能耗低，只有56毫瓦，跟小LED灯差不多。它背着一枚8毫米长、4毫米厚、容量只有20毫安的小型板载电池时，可以持续工作一个小时。”

正是这项突破性技术，让一群“机器小强”被赋予多种运动模式，使其得以真正走出实验室，在复杂户外环境中大显身手。

——当它从高空坠向平地，抗摔打的本领立刻凸显价值。1.6厘米长的蠕动机器人从108米高空自由落体后，竟能毫发无伤地继续在尘土中匍匐前进。未来，在地震等重大自然灾害发生后，它可以被无人机投放落地，快速进入废墟深处，寻找被困人员位置并发出信号，成为生命搜救的“先锋”。

——当2厘米长的游泳机器人跃入水中，瞬间化身灵巧的“机器鱼”，在自然水体中自主巡游超1小时。未来，可以派小巧灵活的它检测水下环境或监测污染。

——全球最小的自主跳跃软体机器人在草丛间腾跃，指尖大小的身躯在崎岖地形中连续起跳，展现出令人惊叹的运动潜力。未来，它有望在复杂地形上感知环境、自主移动、躲进缝隙等。

“这些‘微型斗士’甚至能搭载传感器变身环境侦察兵，将运动、感知与极限抗冲击能力完美融合于方寸之间。”姜汉卿表示。

姜汉卿正在带领团队向更高目标迈进。未来，这些“机器小强”将挑战两栖运动与3D跨障能力，成为人类执行一系列科学任务、探索极端环境的得力助手。“或许在不久的将来，当紧急情况发生时，第一批抵达现场的‘使者’，就是这些蹦蹦跳跳、从天而降的‘机器小强’。”

（本报记者晋浩天）