它被扔進草叢，或匍匐前進，或旋轉跳躍；它被扔進水里，可以快速調整姿態，化身為魚；即使從108米高的標志塔頂掉落，重重地摔在地上，它也能在片刻后再次起身蹦跶……

何方來的不明生物？湊近一看，它個頭小小的，身長僅2厘米，體重僅2克，像極了那個生命力頑強、卻也令許多人皺眉的“打不死的小強”。

當機器人“足夠小”可以做什么？

這群“小強”學名“昆蟲尺度的軟體機器人”，來自西湖大學工學院，是機械工程講席教授姜漢卿實驗室所“養”。據姜漢卿介紹，它們能在復雜的野外環境自主爬行、跳躍、游泳——和小強一樣矯健，比小強更堅強。

它們可以幫助人們做人類甚至許多機器人做不到的關鍵事情——

比如蠕動式爬行機器人，從30米的高空甚至108米高空自由落體后還能毫發無損地繼續匍匐前進，極限抗沖擊的能力令它非常適合在廢墟、瓦礫、狹小縫隙中執行搜救任務。未來，在地震等重大自然災害發生后，它可以被無人機從空中投放，快速滲透進入廢墟深處，尋找被困人員位置并發出信號，成為生命搜救的“先鋒兵”。

自驅動游泳機器人

自驅動游泳機器人，能在自然水體中自主游動超過一小時，未來，可以派小巧靈活的它檢測水下環境或監測污染。并且自驅動跳躍機器人可能是目前已知最小的完全自主跳躍軟體機器人，有望在復雜地形上感知環境、自主移動、躲進縫隙等。

值得一提的是，這些“小強”機器人的生命力也很強大——能耗低，只有56毫瓦，跟小LED燈差不多。更妙的是，“小強”的驅動系統可被設計為“雙穩態”甚至“三穩態”，即在驅動至目標狀態后無需持續供電即可穩定保持，大幅提升了能效。舉個例子，如果“小強”背著一塊8毫米長，4毫米厚，容量只有20毫安的小型板載電池時，可以持續工作一個小時。

姜漢卿表示，未來還希望“小強”實現兩棲運動和3D跨障礙運動，成為人類執行一系列科學任務的得力助手。

為什么“小強”機器人如此“能打”？

在自然界，小強的運動技能平平無奇。但在機器人界，要想有個機器人像小強這么靈動小巧，可太難了。姜漢卿介紹，“小強”的老師是諸多昆蟲同胞們。在自然界中，昆蟲等小型生物之所以能輕盈穿梭、矯健爬行，靠的正是肌肉的高效率收縮機制，它們小小的肌肉能爆發出驚人的力量。

受肌肉伸縮的啟發，姜漢卿從力學角度出發，想到利用彈性力和靜磁吸力的平衡來實現機器人類似肌肉收縮的運動，設計了一個奇妙、精巧的驅動系統，“塞進”了“小強”不到2厘米的小身板里。

驅動系統分為兩部分，下方是嵌入軟磁鐵的線圈，上方是硬磁鐵，硅膠外殼可以產生彈力。通電后，線圈產生的磁場可以進一步增強軟磁鐵和硬磁鐵之間的靜磁吸力，同時引入洛倫茲力，實現對吸力的動態調控。這一“磁吸+彈性”的巧妙結合，讓“小強”可以在低電壓（<4V）下產生高達 210 N/kg 的輸出力和60%的變形率，遠超傳統技術水平。

這就是最近姜漢卿實驗室提出的全新電磁彈性體驅動機制（Elasto-Electromagnetic Mechanism, 簡稱 EEM），這一機制有效突破了柔性與微型系統中傳統驅動方式的性能瓶頸，在高輸出力、大形變與低電壓驅動之間實現了有機統一，也讓昆蟲尺度的軟體機器人能夠在復雜戶外環境中實現完全自主運動。

正是這一機制，讓“小強”雖無肌肉卻勝似有肌肉，小小的身體藏著大大的能量。

“小強”在戶外爬行（蠕動式爬行機器人） 西湖大學供圖有了這項科研成果，或許在不久的將來，當災難發生時，第一批抵達現場的“生命使者”，就是這些蹦蹦跳跳、從天而降的“機器小強”們。

來源：科普中國

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