可以在硬幣邊緣行走！陸地上最小的螃蟹機器人問世，未來可用於微創手術

這個「橫著走」的微型機器人，簡直萌生了!

5月份的Science Robotics刊登了西北大學的一項研究，這項研究介紹了一款亞毫米級別的多材料陸地機器人。

據介紹，這款機器人的靈感來自於一種螃蟹，微縮的尺寸和靈活的步伐，讓這款小機器人可以在被遠端操控在一個硬幣的邊緣自由行走。

未來，這個機器人可以被用於密閉空間作業，甚至可以用於微創手術。

論文連結：

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602。

靈感來自“窺趾蟹”，是陸地上最小的微型機器人

從外形看，這款機器人有8隻腳，還有一對鉗子，圓圓的身子和螃蟹非常相似，它的靈感確實也是來自一款螃蟹——“窺趾蟹”

這項研究的首席研究員約翰·A·羅傑斯(John A. Rogers)說，他們的工作補充了其他研究毫米級機器人的科學家的工作，例如，蠕蟲狀結構可以透過帶鞭毛的液體介質移動。

但據他所知，他們的螃蟹微型機器人是最小的陸地機器人，只有半毫米寬，可以在露天的固體表面行走。

機器人由三種關鍵材料組成: 一種用於身體和四肢部位的電子級聚合物;形成「活動」部件的形狀記憶合金(SMA) ;還有一層薄薄的玻璃作為外骨骼來增加結構的硬度。

羅傑斯補充說，他們不受這些特殊材料的限制，然而，他的團隊正在尋找整合半導體材料和其他類型導體的方法。

形狀記憶合金(SMA)幫助「小螃蟹」運動

由於形狀記憶合金(SMA)的存在，這種微小的機器人能夠快速移動。這類材料在一定溫度下會發生相變，引發形狀變化。

羅傑斯說: 「所以你在初始幾何圖形中創建材料，使它變形，然後當你加熱它時，它會回到初始幾何圖形…我們利用形狀變化作為某種機械驅動器或某種肌肉的基礎。」

對於如何讓記憶金屬加熱，研究人員使用雷射光束聚焦在機器人身上。

羅傑斯說: 「每當雷射光束照亮機器人的形狀記憶合金部件時，就會引起相位變化和相應的運動，當雷射光束移開時，這些部件就會得到快速冷卻，肢體就會回到變形的幾何形狀。」

因此，掃描機器人全身的雷射光斑可以順序激活各種關節，從而建立步態和運動方向。

雖然這個方法有它的優點，羅傑斯想探索更多的選擇。羅傑斯說: “有了激光，你需要某種光學接入... ... (但是)取決於你希望機器人在哪里工作，這種方法是否可行。”

微型機器人專家的自然哲學

這不是羅傑斯第一次參照自然界的事物製造亞毫米大小的機器人。

他的實驗室已經開發出了類似蠕蟲和甲蟲的微小結構，甚至還有一個有翼的微晶片，它可以被動地在空氣中移動，其原理與風傳播種子的原理相同。

2015年，羅傑斯和他的同事也發表了一篇論文，論述瞭如何利用日本剪紙藝術(例如在彈出式書籍中看到的)的“紙神」(kirigami)概念來設計他們的機器人。

他們使用由矽晶片支撐的高保真多層圖案材料堆棧，但是儘管這些材料對集成電路很有用，但是它們「對機器人沒有好處，」羅傑斯說，因為它們是扁平的。為了將他們帶入第三維度，研究「氣」的原理是一個起點。

正如羅傑斯所強調的，他們的研究目前純粹是探索性的，試圖將一些額外的想法引入微機器人工程。

「我們可以移動這些機器人，讓它們朝著不同的方向發展，但它們不執行特定的任務，」他說。

例如，即使螃蟹機器人有爪子，這些只是為了視覺目的，他們不移動或抓住物體。 「為任務執行創造能力將是這一領域研究的下一步，」他說。然而，現在，製作多材料3D結構和使用SMA進行雙向驅動是他的團隊對更廣泛的研究所做貢獻的兩個關鍵部分。

為了進一步的探索，他和他的同事們正在考慮如何增加這種規模的抓取或操縱物體的能力，以及如何為機器人增加微電路、數位感測器和無線通訊。例如，機器人之間的通訊可以讓它們像一個群體一樣運作。另一個需要研究的領域是增加某種由光伏供電的局部電源，例如，透過一個微控制器按時間順序提供局部加熱來控制運動。

就潛在的應用而言，羅傑斯設想微型機器人可用於密閉空間的工作，主要用於微創手術，其次是用於製造其他微型機器的車輛。但他也提倡謹慎行事: 「我不想過分誇大我們所做的事情。人們很容易幻想這些機器人進入人體，在醫療方面做一些強有力的事情。(但)這正是我們想去的地方，也是我們大量工作的動力所在。」

相關報告：

• https://spectrum.ieee.org/microrobots-walking。
• https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602。
• https://www.nature.com/articles/s41586-021-03847-y。
• https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1515602112。

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