图片来源：Kaushik Jayaram/Harvard SEAS

受昆（kūn）虫生物学的（de）启（qǐ）发（fā），哈佛大（dà）学的一个团队正在突破其项目的极限，打造出有（yǒu）史以来最小、速度（dù）最快的微型（xíng）机器人。

在名为“哈佛移动微（wēi）型（xíng）机器人”(HAMR)项目的最新进展中，研究人（rén）员表（biǎo）示，他们已经成功地（dì）将这个灵感来自蟑螂的机（jī）器人缩小到硬币大小。这（zhè）个小机器人虽（suī）然还不能爬（pá）上水柱，但它（tā）可以奔（bēn）跑、跳（tiào）跃（yuè）、携带重（chóng）物（wù）和快（kuài）速（sù）转弯（wān）。

这个被（bèi）称为（wéi）HAMR-JR的微型机器人是由哈佛大学约翰（hàn）·A·保尔（ěr）森工程和（hé）应用科学学院(SEAS)和哈佛威斯（sī）生物启（qǐ）发工程研究（jiū）所的（de）研究人员（yuán）携手开发的，它只有受蟑螂启发的哈佛移动微型机器人HAMR的一半大（dà）小。

HAMR-JR只有一便士大小，几乎可（kě）以完成它的大型（xíng）前身（shēn）的所有（yǒu）壮（zhuàng）举，促使（shǐ）它成为迄今为止最灵（líng）巧的（de）微型机（jī）器人之（zhī）一。

“这种规模的大多数机（jī）器人都相当简单，只展示了基本的移动能力。”Kaushik Jayaram说，他（tā）是SEAS and Wyss的前（qián）博士后研究（jiū）员，也是该论文的第一（yī）作者。“我们已经证明，你不需要为灵（líng）巧妥协（xié）或控制大小。”

Jayaram目前是科（kē）罗（luó）拉（lā）多大学博尔德（dé）分校的（de）助理教（jiāo）授。

这项研究在本周的国际机器人和自动化会议(ICRA 2020)上虚拟（nǐ）会议展示（shì）了出来。

这项研究面临的一个大问题是，用于制造HAMR早期版本和其他微型机器人(包括RoboBee)的弹出式制造流程，是否可以用于制造（zào）多种（zhǒng）规模的机（jī）器人——从微型（xíng）外科机器人到大型工业机器（qì）人（rén）。

PC-MEMS(印刷电路微机（jī）电系统的缩写)是（shì）一种制造工（gōng）艺（yì），在这种工艺中，机器人的部件被蚀刻在（zài）一（yī）张2D的薄片（piàn）上，然后以3D的形式呈现出来。为了建造（zào）HAMR-JR，研究人员只是简单地缩（suō）小了机器人的2D平面设计——以及驱动器和车载（zǎi）电路——以重现一个具有所有相同功能（néng）的更小的（de）机器人。

Jayaram说:“这次（cì）试验的奇妙之处在于，我（wǒ）们不必对之前的设（shè）计做任何改变（biàn）。”“我们可以证明，这一制造过程（chéng）基本上可以应用于各种尺寸的（de）任何设备。”

HAMR-JR体长2.25厘米（mǐ），重约（yuē）0.3克（kè），相当（dāng）于一枚硬币的（de）重量，它奔（bēn）跑速（sù）度惊人，使（shǐ）它不仅是最小的，也是最快（kuài）的微型机器人之一。 

这项研究是由Jennifer Shum, Samantha Castellanos和E. Farrell Helbling共同撰写的（de）。这项（xiàng）研究得到了DARPA和（hé）维斯（sī）研究所的（de）支持。

对蟑螂（láng）的误解

对这位今年加入CU Boulder的工程（chéng）师Jayaram来说，这个项（xiàng）目是一系列机器人设计中最新的一个（gè），这些机器（qì）人的灵感来自一个不太可能的来源：令人（rén）厌恶的蟑螂（láng）。

Jayaram之前制（zhì）造了一（yī）个名叫（jiào）CRAM的小型（xíng）机器（qì）人，它可以像城市里的害虫一样挤进看似（sì）不可能的空（kōng）间。他（tā）的（de）另一个作品（pǐn）能够头朝下撞（zhuàng）到（dào）墙（qiáng）上，然（rán）后继续跑——就（jiù）像一只蟑螂一样。

“在上研究生之前，我从来都不喜欢蟑螂。”Jayaram说（shuō），“但后来，这（zhè）么多年（nián）来，我（wǒ）觉得（dé），‘是啊，你太恶心了。但（dàn）作为一种（zhǒng）特别的生物，你（nǐ）也是非（fēi）常有用的，我们可以从中学（xué）到东西。’”

设（shè）计用来模（mó）仿这种（zhǒng）讨厌昆虫的（de）速度和机动性的HAMR-JR，也带来了一系列（liè）工程上的挑战。

最（zuì）主要的（de）就是动力问题。这种尺（chǐ）寸的机（jī）器（qì）人不（bú）能使用（yòng）传（chuán）统的马达。当它（tā）们（men）太小的时（shí）候（hòu）就会过（guò）热。因此，哈佛（fó）大学的（de）研究小组使（shǐ）用一种叫做“压电致动器”的工具为HAMR-JR提（tí）供了动力。

此外（wài），按比（bǐ）例缩小确实会改变一些控（kòng）制步长（zhǎng）和关（guān）节刚度的原则，因此研究人（rén）员还开发了（le）一个模（mó）型，可以根据（jù）目标尺寸（cùn）预测运动指标，如跑（pǎo）步速（sù）度、脚力（lì）和有效载荷。然（rán）后（hòu）可以使用该模型来设计具有所需（xū）规范的系统（tǒng）。

Jayaram解释说，为了制造这么小的（de）机器人，研究人员首先用激光将机器人的身体部分（fèn）的（de）形状（zhuàng）蚀刻在一块（kuài）碳纤维复合材料（liào）上。

Jayaram说:“我们在（zài）平（píng）面上把所有（yǒu）东西做（zuò）成二维结构（gòu），然（rán）后（hòu）像折纸一样把它（tā）折叠起来，做成三维（wéi）结构。”“在显微镜（jìng）下观察要花很（hěn）多时间（jiān）才能让它工作。”

小（xiǎo）小机器人，大（dà）有（yǒu）希（xī）望

这（zhè）些让（ràng）眼睛的疼痛得到了回报：HAMR-JR可以左（zuǒ）右（yòu）转弯，甚（shèn）至可以向后疾走。它跑步的速度是它身（shēn）体长（zhǎng）度（dù）的14倍，也就是大约每秒1英尺。相（xiàng）比之（zhī）下，哺乳（rǔ）动（dòng）物世（shì）界中（zhōng）速度最快的动物——猎豹（bào）的冲刺速度约为（wéi）每秒（miǎo）16个身长（zhǎng）。

HAMR-JR只是一个开始，Jayaram补充道。理论上，工程师（shī）们可以用他的团（tuán）队同样的方法制造出更（gèng）小的机（jī）器（qì）人——铅笔橡皮或者（zhě）更小（xiǎo）。

“我们证明了我们的设（shè）计和制造方法（fǎ）是高度可（kě）扩展的。”Jayaram说（shuō），“我们可以把所（suǒ）有东（dōng）西缩小或放大（dà），机器人仍然可以（yǐ）工作（zuò）。”

现（xiàn）在，Jayaram想看看他还能从昆虫身上获得什么灵感：他能（néng）不能做一（yī）个有6条或8条腿的微型（xíng）机器人来取代HAMR-JR的4条腿?那么，如果（guǒ）一（yī）个小机（jī）器人足够灵活，即使被踩到也能（néng）存活（huó）下来呢（ne）?

换句话说，当你身边有蟑螂的（de）时候，没有（yǒu）什么是你做不（bú）到的。

“我对（duì）生物学（xué）和（hé）工程学边缘的问题感兴趣（qù）HAMR-JR”Jayaram说（shuō），“什么是生物学能做而工程学不能做（zuò）的？”

前身——微（wēi）型机器人HAMR

2018年，哈佛大（dà）学（xué）在《自然通（tōng）讯》发表研究，展示了灵感来自蟑螂的微型机器人HAMR，既能在陆地（dì）上行（háng）走，也能在水面上游（yóu）泳、在水下行走，只要（yào）需要，就可以探（tàn）索（suǒ）新的（de）环境。作为对比，在自然界中，蟑（zhāng）螂可（kě）以在水下存活30分钟（zhōng），但现在，蟑（zhāng）螂机器人青（qīng）出于（yú）蓝而胜于蓝。

HAMR使用（yòng）多功（gōng）能脚垫，依靠（kào）表面（miàn）张力和表面张力诱导浮力，当HAMR需要游泳，也可以施加电压打破水面，当HAMR需要下沉。这（zhè）一过程被称（chēng）为（wéi）电润湿，即在施加的电压下减小材料与水表面的接触（chù）角。接触角的变化使得（dé）物（wù）体更（gèng）容（róng）易突破（pò）水面。

研（yán）究人员表示，这项研（yán）究（jiū）表明,微型机器人可以（yǐ）利用小规模（mó）的物理——在这种情况下表（biǎo）面张（zhāng）力（lì）来执行功（gōng）能和挑（tiāo）战（zhàn）更大（dà）的机器人。

HAMR重1.65克(相当于（yú）一个大回形针的（de）重量)，可（kě）以在不（bú）下沉的情况下额外携带1.44克的有效载荷，它摆动腿的频（pín）率可达（dá）10赫兹。上面涂了一层（céng）聚二甲苯，防止它在水下短路。

一（yī）旦（dàn）进入水面以下（xià），HAMR就会（huì）像在陆地上一样（yàng）走路，而且移动自如。要回到干燥的（de）陆（lù）地（dì），HAMR面临着（zhe）来自（zì）水的巨大挑战。一种相（xiàng）当（dāng）于机器人重量两倍的水面张力向下（xià）压在机器人身上，此外，这种诱导（dǎo）力矩（jǔ）还（hái）会大大增加机器人后腿的摩（mó）擦力。

研（yán）究人员加固了机器人（rén）的传（chuán）动装（zhuāng）置，并在（zài）机器（qì）人的前腿上（shàng）安装了（le）软垫，以增加负载能力，并在爬升过程中重（chóng）新分配摩擦力。最后，爬上一个适当的斜坡，机器人就能跳出水面。

编（biān）译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200603122948.htm

https://www.colorado.edu/today/2020/06/03/cockroach-inspired-robot-among-smallest-fastest-ever