北航学生设计的微型机器人 能够弹跳自身长度的87倍

RUIDE YUN

This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore.

尽管跳蚤是令人讨厌的害虫，但应该表扬的地方还是需要表扬 —— 这些只有3毫米长的微小生物一次跳跃可以跳到330毫米，该距离几乎是它们身体长度的100倍。现在，一个微型机器人也实现了类似的壮举。该研究结果（https://ieeexplore.ieee.org/document/10080980）于3月24日发表在《IEEE机器人与自动化快报》上。

参与这项研究的北京北航大学博士三年级学生Ruide Yun说：“我们受到了自然界跳蚤的启发，尽管跳蚤体型很小，但它们可以释放出巨大的潜力，跳跃距离接近身体长度的100倍。机器人领域还没有人能够实现这一壮举。”

为了获得类似的跳跃能力，机器人必须能够同时释放大量能量，因此Yun和他的同事创造了一个有点像微型活塞发动机的机器人。

Mini flea-sized robot leaps on top of a coke can YOUTU.BE

但是，发动机不是依靠燃料的燃烧，而是在活塞室内的正极和负极之间释放高压放电，加热活塞内的空气并使其膨胀。排放结束后，腔室内的空气冷却，活塞返回其原始位置，等待下一次排放。“通过如此循环，可以获得往复运动，驱动机器人爬行和跳跃，”Yun解释道。

在一系列实验中，该机器人能够跳到296.25毫米和156.28毫米，这相当于跳得比它自己的身长和身高分别高出87倍和45倍。

由于活塞发射时腿与地面之间的不对称摩擦，机器人还能够爬行。在本研究中，它在平坦表面上的爬行速度超过每秒46个身体长度。

Yun说：“我们最初的实验只是为了验证这种新颖的驱动方法，但我们从未想过机器人会像天然跳蚤一样跳得这么高，同时也表现出良好的爬行性能。”

Yun说，基于机器人的毫米大小、快速爬行速度和良好的环境适应性，它可能对未来的一系列潜在探测和侦察应用有用，甚至可以作为研究跳蚤等小昆虫的手段——这正是机器人背后的灵感来源。

然而，这项工作仍处于早期阶段，在实现其现实世界的应用之前，当前原型存在许多局限性需要解决。目前的原型必须用电线连接起来，才能达到跳跃和爬行的高电压，而且它仍然缺乏转向能力。

Yun说：“接下来，我们将进行研究，帮助机器人摆脱电线的限制，实现自由跳跃和爬行，我们将结合多个驱动器，实现机器人的可控跳跃和爬行。”他指出，该团队可能会探索使用致动器来控制机器人的运动。