靠酒精驅動，88毫克的微型機器人可持續工作2小時

微型機器人可以在極為狹小的空間裡運動，這是人類和傳統機器人無法做到的。但由於其體型過小，功率、控制力受限，目前的技術仍無法使其有效解決社會問題。

近日，來自南加州大學的研究人員發明了一款酒精驅動的微型昆蟲機器人，在解決微型機器人能量來源問題上提供了全新思路，朝著研發完全自主微型機器人的目標邁進了重要的一步。

該微型機器人的名稱為RoBeetle，不同於其他依靠電池或外接電線驅動的微型機器人，它的能量來源是甲醇。它長15毫米，質量只有88毫克（大約相當於三粒大米），卻可以拖運其自身重量2.6倍的物體。它能夠攜帶95毫克的燃料，燃料最多可以為其供電2個小時。

相關研究《An 88-milligram insect-scale autonomous crawling robot driven by a catalytic artificial muscle》8月19日發表在《科學機器人》上，主要作者為南加州大學航空航天與機械工程系助理教授Néstor O. Pérez-Arancibia和博士生Xiufeng Yang、Longlong Chang。

“電池的能量密度非常低，因此我們需要新的能量來源。我們製作的機器人又輕又小是因為它不依靠電池供能。”Néstor O. Pérez-Arancibia在接受New Scientist網站採訪時表示。

研究人員在論文中稱，大多數昆蟲的肌肉發達，這有利於它們進行激烈的運動。同時，它們粗壯的身體有助於以脂肪和甘糖的形式儲存能量。受此啟發，研究人員開發了可靠堅固的微型人工肌肉，可以像真實肌肉一樣收縮和放鬆。

覆蓋有鉑（Pt）粉的鎳鈦合金線的電子顯微鏡圖像

最值得關注的是，人工肌肉的能量來源是甲醇。以往微型機器人通常依靠電池或外接電線驅動，前者因為體積限制，其比能量往往很低（低於1.8MJ/kg），而後者則製約機器人的獨立性。甲醇在正常大氣壓下以液體形式儲存，能量是小型電池的10倍以上。這意味著利用甲醇驅動的微型機器人自主性更強，同時可以保持較小的體積。

該動力系統中的鎳鈦合金線表面覆蓋有鉑（Pt）粉，可以催化甲醇燃燒。燃燒產生熱量，使位於機器人腿部的電線縮短。化學反應停止後，電線冷卻，重新延伸，由此驅動RoBeetle運動。

為了驗證在甲醇驅動下機器人的運動性能，研究人員進行了兩組實驗。

該機器人能輕鬆爬上傾斜角為5°和10°的斜坡，但在傾斜角度升至15°時失敗了

在爬坡實驗中，研究人員在傾斜的載玻片上放上了一張表面光滑的紙巾，然後調整斜面傾斜角度測試RoBeetle的爬坡能力。該機器人能輕鬆爬上傾斜角為5°和10°的斜坡，但在傾斜角度升至15°時失敗了。此外，因為液態甲醇具有粘性，傾斜角度對其在儲存箱裡的分布可以忽略不計。

RoBeetle在粗糙程度不同表面上的爬行能力

在第二組實驗中，研究人員測試了RoBeetle在粗糙程度不同表面上的爬行能力。結果顯示，機器人可以在紙巾、泡沫表面爬行，但無法在光滑的玻璃表面爬行。同時，研究人員進一步探究了RoBeetle的載物運輸能力，發現它可以拖運其自身重量2.6倍的物體。

研究人員在論文中表示，RoBeetle的動力設計可作為范例，用於研發能夠在水陸空運動的自主微型機器人。

Pérez-Arancibia表示，他們研製出的甲醇驅動人工肌肉作為該領域的重大突破，將使他們研發出第一個完全自動的微型飛行機器人。他們的下一步計劃是研究在RoBeetle工作時如何為其添加燃料，從而使機器人可以長時間持續工作。

此外，研究人員計劃對RoBeetle進行編程，使操作者能與它進行互動。如果成功了，RoBeetle將可以充當人工授粉器，或者協助醫生進行複雜的手術。

不過，在同期的評論文章中，美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室博士後研究員Ryan L. Truby和哈佛大學工程與應用科學學院博士後研究員李曙光認為：“雖然RoBeetle是一個令人興奮的微機器人里程碑，但仍有改進空間。”

評論指出，RoBeetle 的運動速度只有0.76 mm/s，比其它微機器人小得多。同時，該機器人只能向前運動，人們無法控制其轉向和速度。此外，研究人員放棄了傳統的電子控制器，這使機器人的功能升級更為困難，並且限制了外部控制與互動。