全球最小的遥控行走机器人诞生，用激光实现精准运动控制

近日，由美国西北大学（Northwestern University）主导的国际工程师团队创造并展示了有史以来最小的遥控行走机器人。这种亚毫米级机器人的神奇之处在于，它可以通过激光遥控行走、弯曲、扭曲、转弯和跳跃。

该团队表示，这款“微型机器人”可以扩展小型系统的功能和性能，使其更接近现实世界的应用，比如修复或组装小型结构或机器，又或者作为外科助手，清除阻塞的动脉以阻止内出血或消除癌症肿瘤。

与现有的小型化机器人制造方法不同，该团队的亚毫米机器人设计方法不需要复杂的硬件、电力或连接到远程控制设备。该团队的新方法受到了立体书中的3D图片的启发，研究小组在螃蟹机器人身上使用了形状记忆合金，用激光从不同角度加热它，刺激它的形状发生变化，并在此过程中产生能量让它移动——激光的方向决定了机器人的移动方向。

为了制造出像蟹爪一样的机器人，工程师们首先将机器人的镍钛诺关节和支撑结构的聚酰亚胺(PI)骨架转移打印到一个拉伸的硅胶弹性体基底上。接下来，他们释放基板上的张力，使硅片收缩，使平面镍钛诺/ pi设计弯曲并弹出，形成一个小螃蟹的3D形状。这些微型机器人仅有半毫米宽，可以通过外部扫描激光进行控制。

工程师们用扫描激光反复加热和冷却螃蟹的镍钛诺关节，使其扩张和收缩（控制运动幅度、速度和方向），从而启动了微型机器人的运动。在之后的耐久性测试中，Rogers和他的同事们发现，镍钛合金接头可以在520纳米扫描激光下进行超过10万次连续的加热-冷却转换，而不会失去稳定性。

当激光照射到机器人身上时，它们的关节会因受热而扩张。当激光停止发光时，它们的关节会随着冷却而收缩。这导致它会像螃蟹一样快速移动，其速度和方向取决于光的频率和角度。

在概念验证演示中，工程师们展示了他们可以通过扫描激光的方向和角度来控制行走机器人螃蟹的方向。例如，当用激光从左到右扫描腿部关节时，微型机器人从右到左飞奔。由于微型机器人非常小，关节的加热和冷却发生得很快，这使得机器蟹能够以每秒半条身长的相对较快的速度移动。实验显示，机器人在激光扫描频率为0.1 Hz时的平均速度为0.017 mm/s，在频率为10 Hz时的平均速度提高到0.49 mm/s。

这项研究还表明，机器人可以恢复到原来的二维形状，并进行改造以适应不同的用途。通过不同的3D几何形状（仿尺蠖、蟋蟀和甲虫）和激光扫描模式（通过单独加热和冷却螃蟹的关节），他们创造出了更复杂的动作，比如跳跃、转弯、扭转和弯曲。

工程师们展示了微型机器人作为无线环境传感器的潜在用途。他们给机器人配备了反光镜，当环境中的材料因湿度或紫外线的变化而变色时，就会触发机器人行动。

除了这种机器人，工程团队还用相同的材料和制造方法创造了类似圆形螺旋和双层螺旋的微型机器人。Rogers表示：“有了这些装配技术和材料概念，我们可以建造几乎任何尺寸或3D形状的行走机器人。”