它從108米高的標志塔頂急速墜落，重重砸向地面，可就在片刻之后，這個僅有2厘米長、2克重的小家伙竟重新起身，若無其事地蹦跶起來，像極了“打不死的小強”……這不是科幻電影，而是西湖大學工學院姜漢卿實驗室研發的新一代軟體機器人。該研究團隊提出了一種全新的電磁彈性體驅動機制，首次讓昆蟲尺度的軟體機器人在復雜戶外環境中實現完全自主運動，為未來小型化、無線化、高性能的智能機器人系統提供了全新解決方案。相關成果日前發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
姜漢卿教授告訴記者：“在自然界，昆蟲靠肌肉高效收縮爆發出驚人力量，但人類復刻這一奇跡卻困難重重。傳統機器人依賴笨重的電機和復雜零件，根本無法塞進昆蟲般小巧的身體。而曾被寄予厚望的人工肌肉，又往往需要高壓電或強磁場驅動，難以在戶外自由施展。”
如何突破這一困境？
姜漢卿團隊從昆蟲肌肉的伸縮機制中獲得靈感，創造出全新的電磁彈性體驅動機制。這個系統巧妙結合了磁力與彈性：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。他們還設計了一個精巧的驅動系統，將其塞進了軟體機器人不到2厘米長的小身板里。如今，只需不到4伏的低電壓，線圈磁場便能讓機器人像肌肉般高效收縮，爆發出高達210牛/千克的力量和60%的驚人形變，性能遠超現有技術。
姜漢卿透露，這精密的“人工肌肉”暗藏玄機，其彈性體能如拉滿的弓般儲存能量，形成獨特的“雙穩態”甚至“三穩態”。這意味著，機器人完成動作后無需持續耗電就能保持狀態。“舉個例子，新一代軟體機器人能耗低，只有56毫瓦，跟小LED燈差不多。它背著一枚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。”
正是這項突破性技術，讓一群“機器小強”被賦予多種運動模式，使其得以真正走出實驗室，在復雜戶外環境中大顯身手。
——當它從高空墜向平地，抗摔打的本領立刻凸顯價值。1.6厘米長的蠕動機器人從108米高空自由落體后，竟能毫發無傷地繼續在塵土中匍匐前進。未來，在地震等重大自然災害發生后，它可以被無人機投放落地，快速進入廢墟深處，尋找被困人員位置并發出信號，成為生命搜救的“先鋒”。
——當2厘米長的游泳機器人躍入水中，瞬間化身靈巧的“機器魚”，在自然水體中自主巡游超1小時。未來，可以派小巧靈活的它檢測水下環境或監測污染。
——全球最小的自主跳躍軟體機器人在草叢間騰躍，指尖大小的身軀在崎嶇地形中連續起跳，展現出令人驚嘆的運動潛力。未來，它有望在復雜地形上感知環境、自主移動、躲進縫隙等。
“這些‘微型斗士’甚至能搭載傳感器變身環境偵察兵，將運動、感知與極限抗沖擊能力完美融合于方寸之間。”姜漢卿表示。
姜漢卿正在帶領團隊向更高目標邁進。未來，這些“機器小強”將挑戰兩棲運動與3D跨障能力，成為人類執行一系列科學任務、探索極端環境的得力助手。“或許在不久的將來，當緊急情況發生時，第一批抵達現場的‘使者’，就是這些蹦蹦跳跳、從天而降的‘機器小強’。”
編輯：郭超
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