智东西(公众号:zhidxcom)
编译 | 刘柏涵
编辑 | 程茜
智东西9月23日消息,本周三,美国康奈尔大学的一项新成果登上国际学术顶刊Science(《科学》)的子刊Science Robotics(《科学·机器人学》)。研究团队研制出一种比蚂蚁的头还小的电子“大脑”,能够使体型不到250微米的微型机器人完成自主行走。
之前的微型机器人能够爬行、游泳、行走和自动折叠,必须要和“弦”链接。换句话说,为了产生运动,研究人员需要利用电线给机器人提供电流,或者必须将激光束直接聚焦到机器人的特定位置上,而这里用的电线和激光束指的就是“弦”。
因此,为了避免“弦”的制约,研究人员需要解决为机器人持续供能和如何自我驱动的问题。康奈尔大学物理学教授Itai Cohen说,之前他们必须操作这些外在的“弦”,才能让机器人有反应,但是电子“大脑”帮助机器人“活”了过来。
康奈尔大学的研究团队集结了Cohen、电子和计算机工程副教授Alyosha Molnar和物理学教授Paul McEuen实验室的研究人员,他们都是该论文的协作作者,论文的主要作者为博士后研究员Michael Reynolds。
▲自主微观机器人内部结构示意图
电子“大脑“是一个互补金属氧化物半导体(CMOS)时钟电路,它包含了1000个晶体管,外加一组二极管、电阻和电容阵列。时钟电路的核心是一个振荡器,它通过产生不同的正弦波信号,让电路中的各部分按照时间顺序去工作。
CMOS电路输出一个信号,就会产生一系列相移方波频率,进而设定机器人的步态。同时,机器人的腿部由铂金材料制成,采用光伏供电,使机器人拥有自主行走的能力。
这种搭载了电子“大脑”的新型机器人比搭载CMOS的大型机器人大概小一万倍,行走速度超过每秒10微米。
▲自主微观机器人外观图
Michael Reynolds说:“你可以把这种新型机器人想象成一个结构非常复杂、功能非常强大的微型机器人,它具有高度的可编程性,同时集成了执行器和传感器。”
电子“大脑”技术为发展新一代微型机器人奠定了基础,帮助机器人完成追踪细菌、分辨化学物质和清除污染物等任务,甚至可以辅助机器人进行微创手术,清除动脉中的血栓。
雷诺兹团队对它在医疗领域的应用前景十分看好,它可以在人体组织中移动,识别好细胞,杀死坏细胞。此外在环境修复领域,它可以帮助人类识别危险化学物并懂得如何分解污染物。
结语:康奈尔攻克微观机器人自主行走难题
现实世界中,人类仅凭借自身很难触及到微观领域,但通过微米甚至是纳米级的机器人可以实现观测微观世界的愿望。由于微型机器人机身太小,其研制过程可能会有能源、驱动和控制等方面的问题。
康奈尔大学成功研发电子“大脑”技术,就微型机器人供能和驱动问题提供了新的解决方案,对微观机器人领域的后续研究具有借鉴意义。
论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq2296
文章来源:Tech Xplore