科技前沿

全球范围内，工程材料、计算机、生命科学等机器人基础与前沿技术正迅猛发展，大量学科相互交融促进，使人机协作、人工智能和仿生结构成为机器人设计的技术创新趋势。

其中，仿生结构的微型机器人有望在医学、行星探索和救灾领域大显身手，文中介绍的仿“毛虫”机器人能用数百条毛茸茸的腿在人体内爬行，将药物送入体内；仿阿米巴原虫机器人能在沙子或松散岩石的多变地形上平稳行进，适用于行星探索和救灾；仿果蝇机器人可完成360度翻转等高难度动作，开辟了新型无人机的开发空间。

广州日报全媒体记者温俊华 编译

独辟蹊径

半机械化蟑螂：

电路控制活蟑螂

与仿生机器人不同，来自美国康涅狄格大学的研究人员直接在蟑螂身上放置了微小的神经控制器，将其升级成半机械化蟑螂，这似乎是一种利用昆虫的更简单的方法。

研究小组在马达加斯加蟑螂身上测试了这种装置。据报道，这些蟑螂身长约两到三英寸（1英寸合2.54厘米），能够存活两到五年。微电路通过一个小背包安装在一只活蟑螂身上。一直以来，研发这些装置非常困难，因为它们必须要非常小。为安装这种装置，电路中的电线要与蟑螂的触角叶相连。

当研究人员向位于触角内的神经组织发送微弱电荷时，蟑螂会误认为有障碍物存在。然后，蟑螂会爬向另一个方向，也就是操作者希望它前进的方向。传向右侧触角的电荷会使蟑螂向左边移动，反之亦然。

虽然人们以前也研发过类似装置，但这个电路是独一无二的，因为它包含一个先进的九轴惯性测量装置，可以跟踪蟑螂的旋转和直线加速度以及前进的方向。它还能检测昆虫周围的温度。通过检测温度，科学家或能预测蟑螂的表现，因为温度会对它们带来影响。

随着后续的研发进展，半机械化蟑螂有望应用于救灾领域，帮助救援队在无法进入的倒塌建筑物中找到幸存者。

“将昆虫作为小型机器人平台的用处多得惊人，从搜救到国防，不一而足。我们认为，我们的微电路提供了一种更先进、更可靠的控制系统，它让我们离将这项技术应用于现实更近了一步。”研发这种装置的康涅狄格大学电气与计算机工程学助理教授阿比谢克·杜塔说。

但研究人员发现，久而久之，蟑螂对人工刺激的反应变得不那么强烈。例如，如果第一次向左触角传送电荷时，蟑螂猛烈右转，那么随后的刺激就不会产生那么强的效果。

“毛虫”机器人：畅行人体内送药

香港城市大学的研究小组通过研究数百种地面动物的腿结构，包括那些有两条、四条、八条或更多腿的动物，特别深入研究了各种动物腿长和腿间距的比例，研发出一款拥有数百条“腿”的“毛虫”微型机器人，它能克服不利的环境，有效地在人体内部器官表面，或者完全浸入血液和黏液中移动。

秘密武器：尖头腿

“毛虫”机器人的身体厚度约为0.15mm，每条圆锥形腿长0.65mm，两腿之间的间隙约为0.6mm，腿长间隙比约为1:1。“大多数动物的腿长和腿间距的比例是2:1或1:1。所以我们决定用1:1的比例来创造我们的机器人。”研究人员沈博士说。

数百条不到一毫米长的尖头腿是“毛虫”机器人的秘密武器，这些腿看起来像细小的毛发，“大大减少”了机器人与行走表面的接触面积，从而减少了摩擦。

除了多腿设计，材料也很重要。该机器人由一种叫做聚二甲基硅氧烷的硅材料制成，这种硅材料中嵌入了磁性颗粒，通过施加电磁力就能远程控制机器人。此外，硅材料很软，可以很容易地切割成各种形状和大小的机器人，适用于不同的用途。研究人员提出，这种机器人可以通过吞咽或皮肤上的开口来进入人体。测试证明，当遇到比自己的腿长10倍的障碍物时，“毛虫”机器人可以用柔软的可变形的腿抬起身体的一端，形成90度的角度，很容易穿过障碍物。它可以通过增加电磁频率来提高速度。研究人员说，“毛虫”机器人还显示出了“非凡的”装载能力——实验室测试表明，它能承受比自己重100倍的重量，这一能力堪比自然界中最强大的生物之一——蚂蚁。

未来或可降解

“‘毛虫’机器人具有惊人的携带能力、高效的移动能力和良好的穿越障碍能力，因此非常适合在恶劣的环境下使用，例如通过消化系统将药物送到指定地点，或者进行医学检查。”研究人员说。

在进行动物和人体测试之前，研究团队打算从三个方面进一步发展和完善“毛虫”机器人，即发现一种可降解的材料，研究新的形状，添加额外的特征。“我们希望在未来两到三年内制造出一种可降解的机器人，这样它在完成药物运送任务后就能自然分解。”研究人员说。

“变形虫”机器人：探行星、救灾皆宜

为了找到稳定与控制的完美结合，日本科学家们制造了一个类似阿米巴原虫的机器人Mochibot，它有32条能够单独控制的腿（见上图）。

Mochibot的设计基于一个叫做菱形三头体的形状——一个有32个顶点和30个菱形面的多面体。通过此前积累的机器人制造经验，研究人员发现，拥有更多腿的机器人通常更容易控制。

一般来说，一个可以在任何时间向任何方向移动的机器人的理想形状是一个球体。然而，球体的缺陷是只依赖于与地面的单一接触点，行进方向不稳定。Mochibot在球体的基础上做了一些改进，使其更容易控制，它的可变形性使它能够根据地形调整与地面的接触程度。 Mochibot的最大直径约为1米，包括电池在内重达10公斤，有足够的空间容纳负载，各种各样的照相机、传感器或采样装置可以被集成到腿上。

Mochibot的可变形性来自可单独控制的伸缩腿，运动时，一条伸缩腿向运动方向收缩，另一条伸缩腿同时在另一侧伸展。因为每一条腿都是由三个滑动导轨组成，这使得它们的长度可以超过半米，或者收缩到不足四分之一米。

Mochibot有点类似于美国航天航空局的张拉整体机器人，张拉整体机器人需要机器学习算法来研究如何高效地运动，这让它们的运动模式比较复杂，很难朝着特定的方向前进。与其相比，Mochibot的最大优势在于，通过改变形状，它可以在任何需要的方向上平稳、连续地移动。

此外，这种长腿机器人比轮式探索机器人更有优势，而且各个方向都适合移动。设计者认为，Mochibot更擅长处理像沙子或松散岩石这样的多变地形。因此，对于像行星探索或灾难响应这样的应用，Mochibot有潜力成为一个多功能平台。下一步，科研人员将对Mochibot进行不同地形试验，确保其能够在斜坡上和沟渠上轻松地上下滚动。

仿果蝇机器人：翻跟斗、悬停超敏捷

荷兰研究人员设计出一种昆虫仿生机器人，可以像果蝇一样敏捷机动（见上图），为开发新型无人机开辟了空间。

这个机器人重29克，翼展33厘米，充电一次可盘旋飞行5分钟，续航里程可达1公里以上。机器人还可以像果蝇一样，在遭遇危险时，以最大倾角“逃生”。

这个机器人最高飞行速度为每小时25公里，可完成360度翻转等高难度动作，如翻跟斗。研究报告显示，这种轻型机器人通过扇动翅膀来提供动力并控制方向，可悬停在某处并迅速飞向任何方向。机器人每秒扇动翅膀17次，不仅能产生足够的升力停留在空中，还可通过翅膀运动的微小变化来控制飞行方向。