它被扔進草叢，或匍匐前進，或旋轉跳躍；它被扔進水里，快速調整姿態，化身為魚；那天，它又從108米高的標志塔頂掉落，重重地摔在地上，卻在片刻后再次起身蹦跶……
它個頭小小的，身長僅2厘米，體重僅2克，像極了那個生命力頑強，卻也令許多人皺眉的“打不死的小強”。
形似“小強”的昆蟲尺度的軟體機器人。課題組供圖
這群“小強”出自西湖大學工學院機械工程講席教授姜漢卿實驗室，它們的學名叫“昆蟲尺度的軟體機器人”，能在復雜的野外環境自主爬行、跳躍、游泳——和小強一樣矯健，比小強更堅強。
目前，大多自主機器人依賴剛性電機，這類系統需要齒輪、軸承等大量復雜的結構零件齒輪，根本塞不進“小強”的小身板里。而近幾年出現的“人工肌肉”概念，又往往要靠高壓電、強磁場或激光照射才能動起來，不夠接地氣。
姜漢卿實驗室的“小強”機器人非常輕巧，可以在沒有搭建電場、磁場的環境中自主運動，還能走出實驗室到戶外環境自由探索。
受肌肉伸縮的啟發，姜漢卿從力學角度出發，想到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，設計了一個奇妙、精巧的驅動系統，“塞進”了“小強”不到2厘米的小身板里。
驅動系統分為兩部分，下方是嵌入軟磁鐵的線圈，上方是硬磁鐵，硅膠外殼可以產生彈力。通電后，線圈產生的磁場可以進一步增強軟磁鐵和硬磁鐵之間的靜磁吸力，同時引入洛倫茲力，實現對吸力的動態調控。這一“磁吸+彈性”的巧妙結合，讓“小強”可以在低電壓（<4V）下產生高達 210 N/kg 的輸出力和60%的變形率，遠超傳統技術水平。
這就是最近姜漢卿實驗室提出的全新電磁彈性體驅動機制，這一機制有效突破了柔性與微型系統中傳統驅動方式的性能瓶頸，在高輸出力、大形變與低電壓驅動之間實現了有機統一，也讓昆蟲尺度的軟體機器人能夠在復雜戶外環境中實現完全自主運動。
正是這一機制，讓“小強”雖無肌肉卻勝似有肌肉，小小的身體藏著大大的能量。
蠕動式爬行機器人。課題組供圖自驅動游泳機器人。課題組供圖
“小強”機器人，各有所長、各司其職。
蠕動式爬行機器人，從30米的高空甚至108米高空自由落體后還能毫發無損地繼續匍匐前進，極限抗沖擊的能力令它非常適合在廢墟、瓦礫、狹小縫隙中執行搜救任務。未來，在地震等重大自然災害發生后，它可以被無人機從空中投放，快速滲透進入廢墟深處，尋找被困人員位置并發出信號，成為生命搜救的“先鋒兵”。
自驅動游泳機器人，能在自然水體中自主游動超過一小時，未來，可以派小巧靈活的它檢測水下環境或監測污染。
而自驅動跳躍機器人則可能是目前已知最小的完全自主跳躍軟體機器人，有望在復雜地形上感知環境、自主移動、躲進縫隙等。
姜漢卿表示，未來還希望“小強”實現兩棲運動和3D跨障礙運動，成為人類執行一系列科學任務的得力助手。
本文鏈接：前方，一群機器人“小強”來襲http://m.sq15.cn/show-11-24847-0.html
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