EPFL的工程師們設(shè)計了一種靈活的游泳機器人，能夠毫不費力地通過擁擠的水面。受海洋扁蟲的啟發(fā)，這個開創(chuàng)性的裝置為環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)研究開辟了新的途徑。

科學(xué)家開發(fā)出6克重的微型機器人，可以輕松地在狹窄的空間中游泳

游泳機器人對于繪制污染地圖、研究水生生態(tài)系統(tǒng)，以及監(jiān)測珊瑚礁和湖岸等敏感區(qū)域的水質(zhì)至關(guān)重要。然而，許多現(xiàn)有的模型依賴于嘈雜的螺旋槳，這可能會干擾甚至傷害野生動物。此外，由于植物、動物和碎片等自然障礙，在這些環(huán)境中導(dǎo)航是具有挑戰(zhàn)性的。

為了解決這些問題，來自EPFL工程學(xué)院軟傳感器實驗室和非定常流診斷實驗室的研究人員與馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所合作，開發(fā)了一種緊湊、高機動性的游泳機器人。這個敏捷的機器人比一張信用卡還小，重量只有6克，它可以在狹窄的空間里穿行，還能攜帶比自己重得多的有效載荷。它的設(shè)計使它特別適合于密閉環(huán)境，如稻田或檢查水性機械。這項研究發(fā)表在《科學(xué)機器人》雜志上。

“2020年，我們的團隊展示了自主的昆蟲級爬行機器人，但為水生環(huán)境制造無系繩超薄機器人是一個全新的挑戰(zhàn)，”EPFL軟傳感器實驗室負責人赫伯特·謝伊（Herbert Shea）說?！拔覀儽仨殢牧汩_始，開發(fā)更強大的軟執(zhí)行器、新的波動運動策略和緊湊的高壓電子設(shè)備?！?/p>

用于自主操作的微型電子設(shè)備

與傳統(tǒng)的基于螺旋槳的系統(tǒng)不同，EPFL機器人使用無聲的波動鰭 —— 靈感來自于海洋扁蟲 —— 來推進。這種設(shè)計，加上它的重量輕，使機器人可以漂浮在水面上，無縫地融入自然環(huán)境。

“我們的設(shè)計不是簡單地復(fù)制自然；它超越了自然有機體的能力，”前EPFL研究員弗洛里安·哈特曼（Florian Hartmann）解釋說，他現(xiàn)在是德國斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究小組負責人。

科學(xué)家開發(fā)出6克重的微型機器人，可以輕松地在狹窄的空間中游泳

通過擺動鰭的速度比海洋扁蟲快10倍，機器人可以達到每秒12厘米（2.6體長）的驚人速度。該機器人還通過使用四塊人造肌肉來驅(qū)動鰭來實現(xiàn)前所未有的機動性。除了向前游泳和轉(zhuǎn)彎，它還能控制向后和側(cè)向游泳。

為了驅(qū)動機器人，研究人員開發(fā)了一種緊湊的電子控制系統(tǒng)，以500毫瓦的低功率向機器人的執(zhí)行器提供高達500伏的電壓，比電動牙刷的功率低四倍。盡管使用高壓，但機器人的低電流和屏蔽電路使其對環(huán)境完全安全。光傳感器就像簡單的眼睛一樣，使機器人能夠自主地探測和跟蹤光源。

研究人員設(shè)想，該機器人將在生態(tài)研究、污染追蹤、精準農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域做出貢獻。接下來的步驟包括創(chuàng)建一個更強大的現(xiàn)場測試平臺。

哈特曼表示：“我們的目標是延長運營時間，提高自主性?！薄皬倪@個項目中獲得的基本見解不僅將推動生物機器人科學(xué)的發(fā)展，還將為與自然和諧相處的實用、逼真的機器人系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)?！?/p>