这些机器人翅膀利用人造肌肉像昆虫一样扇动

大多数生物体使用柔软的肌肉系统来移动。章鱼和蜘蛛不需要重型马达或金属变速箱来旋转身体并从一个地方走到另一个地方。

“即使它可能有外骨骼，如昆虫，或内骨骼，如我们，我们体内也有柔软的部件，”英国布里斯托尔大学机器人学教授乔纳森·罗西特说。“然而，目前所有的机器人都是硬的。如果你能让未来的机器人完全柔软，或者至少利用其中的一些柔软特性，那么你就能让它们更小、更简单、更与环境兼容。”

飞行微型机器人的动力系统和机翼之间往往存在间接连接，由马达、齿轮、弹性体或某种杠杆机构等部件分隔。但昆虫和鸟类的机翼连接方式并非如此。

以蜜蜂为例。它们进化到“驱动翅膀的肌肉和翅膀之间几乎直接耦合，这意味着它们之间没有任何无关的东西，”罗西特说。一般来说，昆虫“基本上将体内的肌肉与翅膀末端连接起来。然后它们可以非常快速、非常高效地反复拉动和释放。”

这时，一种名为 LAZA 的新系统应运而生——液体放大拉链致动器。该系统可以直接连接到飞行附件上。

LAZA 的设计者是工程师蒂姆·赫尔普斯，他在布里斯托大学的研究中开发了该系统。该项目的核心是一种可以移动机器人翅膀的新型人造肌肉。“我是个肌肉人。我喜欢制造人造肌肉，”赫尔普斯说。“我最自豪的是生产出一种重量相同、力量比昆虫或哺乳动物同等肌肉更大的东西。”

它目前用于为一组塑料面板机翼提供动力。本周《科学机器人》杂志详细介绍了该原型，它看起来就像《哈利波特》里的金色飞贼。它不是自主的，也很难算是一个机器人。目前，这个创造物是一个没有大脑的身体。“肌肉”被固定在一个临时的矩形框架中，该框架由一小段细线轻轻悬挂着。

“我们制作的翅膀在实验室里飞来飞去。翅膀本身并不像动物或机器人，”罗西特说。“这就是为什么要有导线，这样翅膀才不会直接落到地面上。”

在实验室试验中，它仅需 243 毫瓦的电力就能产生高达 5.73 毫牛顿的前向推力，速度高达每秒 0.71 米（即 1.5 英里/小时）。

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它的动力来自静电而非电磁力（电磁力利用大电流产生磁场），它以赫普斯和罗西特先前对电动折纸机器人的研究为基础。

静电系统利用异性电荷的吸引力和一种称为库仑力的物理特性来产生运动。机翼材料夹在两个电极板之间，电极板在铰链处连接在一起。对电极进行充电和放电将使机翼在两侧之间翻转。

“LAZA 系统比以前的静电致动器效果更好的原因之一是，在这个产生最大力的临界点，我们加入了少量油，”罗西特说。“这些油增加了力，增加了电场密度，”这是因为它是一种良好的绝缘体，它使系统可以运行一百万次而不会降低性能。

由于可以调整机翼拍打的速度和拍打的距离，研究小组认为，这种运动发生器比传统的电机系统更能在空间中定位。

执行器的控制尚未完成。原型机器人的电源不在机上。“驱动系统已经存在，但机器人的其余部分还没有。我们想要做的是把这些翅膀装到一个稍微复杂一点的身体上，然后把它们带到环境中，”罗西特说。

但首先，他们必须决定机器人的尺寸。尺寸会影响机翼和机身的设计。目前的机翼设计翼展为 150 毫米，仿照萤火虫。这些机翼在上下移动时会倾斜。

对于静电系统，如果系统缩小，其相对强度就会更高，这意味着它能够举起更大的体重。但将所有东西都小型化可能具有挑战性。

“当机器人体积较小时，它肯定更像昆虫，因为它们的身体很特别，平衡性也很好，重心也与之很契合，”罗西特解释道。如果机器人体积更大，“那么你可能不会把它设计成昆虫，而可能会把它设计成小鸟。”