科學(xué)家3D打印比螞蟻還小的機(jī)器人 不用電就能跑

螞蟻雖小，力大無(wú)窮?？催^(guò)漫威電影《蟻人》的朋友可能更有感觸，協(xié)同工作下的螞蟻，往往可以更大規(guī)模的執(zhí)行任務(wù)。

近日，來(lái)自美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究員們就創(chuàng)造出了一種新型微型3D打印機(jī)器人。它只有2毫米長(zhǎng)，1.8毫米寬，0.8毫米厚，重5毫克，實(shí)際大小比一般的螞蟻還要小。但不要小看它，研究員表示，這些微型的機(jī)器人有朝一日可能會(huì)組隊(duì)分組工作，以感知環(huán)境變化，移動(dòng)材料，并且可能將來(lái)會(huì)在人體內(nèi)完成傷害修復(fù)等醫(yī)療任務(wù)。

佐治亞理工學(xué)院給這個(gè)款微型機(jī)器人命名為“微型鬃毛機(jī)器人”（ micro-bristle-bot）。它由粘貼在聚合物身體上的壓電致動(dòng)器組成，聚合物身體由雙光子聚合光刻（TPP）技術(shù)3D打印而成。由于沒(méi)有足夠小的電池可以安裝到機(jī)器人身體上，研究團(tuán)隊(duì)為機(jī)器人設(shè)計(jì)了看起來(lái)就像鬃毛一樣的“腳”。當(dāng)機(jī)器人接受到特定頻率的振動(dòng)，這些鬃毛一般的腳就會(huì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。

具體來(lái)說(shuō)，這款微型機(jī)器人可響應(yīng)不同的振動(dòng)頻率。這些振動(dòng)的來(lái)源，可以是壓電制動(dòng)器、超聲波或是揚(yáng)聲器，一切在于研究人員如何設(shè)計(jì)“鬃毛”的形態(tài)。振動(dòng)迫使彈力腿向上和向下移動(dòng)，推動(dòng)微型機(jī)器人前進(jìn)。每個(gè)機(jī)器人可以根據(jù)腿的尺寸、直徑、設(shè)計(jì)和整體幾何形狀，被設(shè)計(jì)用于響應(yīng)不同的振動(dòng)頻率。振動(dòng)的幅度控制微型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度。

“隨著微型鬃毛機(jī)器人進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)的腳會(huì)將這種垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為一種具有特定方向的運(yùn)動(dòng)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)機(jī)器人腳的時(shí)候，已經(jīng)考慮其形態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的影響，確保機(jī)器人可根據(jù)振動(dòng)來(lái)進(jìn)行特定方向的移動(dòng)?！弊糁蝸喞砉W(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)介紹道。

研究人員表示，可通過(guò)調(diào)整振動(dòng)來(lái)控制單個(gè)機(jī)器人。雖然這些機(jī)器人受制于小尺寸的物理局限性，但是它們?nèi)匀豢梢栽谝幻腌娭畠?nèi)覆蓋四倍于其自身長(zhǎng)度的區(qū)域。

另外，這款微型機(jī)器人采用TPP工藝在3D打印機(jī)中制造而成，TPP工藝聚合了單體樹(shù)脂材料。樹(shù)脂塊通過(guò)化學(xué)方法開(kāi)發(fā)成功之后，它的某個(gè)部分就會(huì)受到紫外線照射，而其余部分會(huì)被清洗掉，從而留下我們要想的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。

據(jù)悉，為了找出更好的形態(tài)，論文第一作者金德宇（DeaGyu Kim）制造了數(shù)百種不同的機(jī)構(gòu)原型。目前，這款機(jī)器人有兩種版本，一種有四只腳，另一種則有六只腳。這篇描述微型鬃毛機(jī)器人的論文已經(jīng)發(fā)表在《微機(jī)械與微工程期刊》上。這項(xiàng)研究得到了佐治亞理工學(xué)院電子與納米技術(shù)研究所種子基金的資助。