图片来源：Kaushik Jayaram/Harvard SEAS

受昆虫生物学的启发（fā），哈佛大学的一个团队（duì）正（zhèng）在突破其项（xiàng）目的极限，打（dǎ）造出有史以来最小、速（sù）度（dù）最（zuì）快的微型（xíng）机器人。

在（zài）名为“哈佛移动（dòng）微型机器人（rén）”(HAMR)项目的最新进展（zhǎn）中，研（yán）究人员表示（shì），他们已经成功地将这（zhè）个灵感来自蟑螂（láng）的机器人缩小到硬币大小（xiǎo）。这个（gè）小机器人虽然还不能爬上水柱，但它可以奔跑、跳跃、携带重物和快速转弯。

这个（gè）被称为HAMR-JR的微型机（jī）器人是由哈佛大（dà）学约翰·A·保尔森工程和应用科（kē）学学院（yuàn）(SEAS)和哈佛威斯生物启发工程研究所（suǒ）的（de）研究（jiū）人员携手（shǒu）开（kāi）发（fā）的，它（tā）只有受（shòu）蟑螂启发的哈佛移动微型机器人HAMR的一半大（dà）小。

HAMR-JR只（zhī）有一便（biàn）士大小，几乎可以完（wán）成它的大（dà）型前身的所有壮举，促使它成为迄今为止最灵巧的微型（xíng）机器人（rén）之一。

“这种规模的大多数机器人都相（xiàng）当简单，只展（zhǎn）示（shì）了（le）基本的移动（dòng）能力。”Kaushik Jayaram说，他是SEAS and Wyss的前（qián）博士后研究员，也是该（gāi）论（lùn）文（wén）的第一作者。“我们已经证明，你不需（xū）要为灵（líng）巧妥协或控制大小。”

Jayaram目前是科（kē）罗拉多大学博尔德分校的助理教授。

这项研（yán）究（jiū）在本（běn）周的国际机器人和自动化（huà）会议(ICRA 2020)上虚（xū）拟会议（yì）展（zhǎn）示了出来。

这项研究（jiū）面临的一个大问题（tí）是，用于制造HAMR早期版本和其他微（wēi）型机器人(包括RoboBee)的弹出式制造流程，是否可以用于制造多种规模（mó）的机器人——从微（wēi）型外科机（jī）器人到大型工业机器人。

PC-MEMS(印刷电路微（wēi）机电（diàn）系统的缩（suō）写)是一种制造工艺，在这种工艺中，机器人的部件被（bèi）蚀（shí）刻在（zài）一（yī）张2D的薄片上，然后以3D的（de）形式呈（chéng）现出来。为了（le）建造（zào）HAMR-JR，研究人员只是简单地缩小了机器人（rén）的2D平面设计——以及（jí）驱（qū）动器和车载电（diàn）路——以重（chóng）现一（yī）个具有所（suǒ）有相同功能的更小的机器人（rén）。

Jayaram说:“这次试验的奇妙之处在（zài）于，我（wǒ）们不必对（duì）之前的设计做任何（hé）改变。”“我们可以证明，这一制造过程基本上（shàng）可以应用于各种尺寸的任（rèn）何设（shè）备。”

HAMR-JR体长2.25厘米，重约0.3克，相当于一枚硬币的重（chóng）量（liàng），它（tā）奔跑速度惊（jīng）人，使它（tā）不仅是最小的，也是最快的微型机器人之一。 

这项（xiàng）研（yán）究（jiū）是由Jennifer Shum, Samantha Castellanos和（hé）E. Farrell Helbling共同撰（zhuàn）写（xiě）的。这项研究得到了（le）DARPA和维斯研究所的支持。

对蟑螂的误解（jiě）

对这位今年（nián）加（jiā）入CU Boulder的工程（chéng）师Jayaram来说，这个项目是一系列机器（qì）人设（shè）计中（zhōng）最（zuì）新的一个，这些机器人的灵感来（lái）自一个（gè）不太可能的（de）来源（yuán）：令人厌恶的蟑螂（láng）。

Jayaram之前制造（zào）了一个名叫CRAM的小型机器（qì）人，它可以像城市里（lǐ）的害虫一样挤（jǐ）进看似不可能的空间。他的另一（yī）个作（zuò）品能（néng）够头（tóu）朝下撞到墙上，然后继续（xù）跑——就像一只蟑螂一样。

“在（zài）上研究（jiū）生之前，我从来都不（bú）喜欢蟑螂。”Jayaram说，“但（dàn）后来，这么多年来（lái），我觉得，‘是啊，你太（tài）恶心（xīn）了。但（dàn）作为一种特别的生物，你也是非常有用（yòng）的，我（wǒ）们可以（yǐ）从中（zhōng）学到东西。’”

设计用来模（mó）仿（fǎng）这种讨厌昆虫的速度和机动性的HAMR-JR，也带来了（le）一系列工程上的挑战。

最主要的（de）就是动力问题。这种尺（chǐ）寸的机器人不能使（shǐ）用传统的马达（dá）。当它（tā）们太小的时候（hòu）就会过热。因此，哈佛大学的（de）研究小组使用一种（zhǒng）叫做“压电致动（dòng）器”的工具为HAMR-JR提供了动力。

此外，按（àn）比例缩小确（què）实会改变一些控制步长和关节刚（gāng）度（dù）的（de）原则，因此（cǐ）研（yán）究人（rén）员还开（kāi）发了一个模型，可以根据目标（biāo）尺寸预测运动指标，如跑（pǎo）步速度、脚力和有效载荷。然（rán）后（hòu）可以使用该模型来设计（jì）具有所需规（guī）范的系统。

Jayaram解释（shì）说，为了制造（zào）这么小的机器人，研究人员首先用激光将机器人的身体（tǐ）部分（fèn）的（de）形（xíng）状蚀（shí）刻在一块碳纤维（wéi）复合材料上（shàng）。

Jayaram说:“我们在（zài）平（píng）面上把所有东（dōng）西（xī）做成二维结（jié）构（gòu），然后（hòu）像折纸一样把（bǎ）它折叠起来（lái），做（zuò）成（chéng）三维结构。”“在显微镜下（xià）观察（chá）要花很（hěn）多时间才能让它工作。”

小小机器（qì）人，大有希望（wàng）

这些让眼睛的疼痛得到了回报：HAMR-JR可以（yǐ）左右转（zhuǎn）弯（wān），甚（shèn）至可（kě）以向后疾走。它跑步的速度是它身体长度（dù）的14倍（bèi），也就（jiù）是大约每（měi）秒1英尺。相比之下（xià），哺乳动（dòng）物世界中速度最快的动物——猎豹的冲刺速度约为每秒16个身长。

HAMR-JR只是（shì）一（yī）个开始，Jayaram补（bǔ）充（chōng）道。理论上，工程师们可以用他的（de）团（tuán）队同样的方法制造出（chū）更（gèng）小的机（jī）器人——铅笔橡皮或者更小。

“我（wǒ）们证明了我们的设计和制造方法是高度可（kě）扩展的（de）。”Jayaram说，“我（wǒ）们可以把（bǎ）所（suǒ）有东西缩小或放大，机器（qì）人仍然可以工（gōng）作。”

现在，Jayaram想看看（kàn）他还（hái）能（néng）从昆虫身上获得什么灵（líng）感：他能不能（néng）做一个有6条（tiáo）或8条腿的微（wēi）型机器人来取代HAMR-JR的4条腿?那么（me），如果一个小机（jī）器人足够灵活，即使（shǐ）被踩（cǎi）到也能存活下来呢?

换句话说，当你身边有（yǒu）蟑螂的（de）时（shí）候（hòu），没有什么是你做不到（dào）的。

“我对（duì）生物（wù）学和工程学边缘（yuán）的问（wèn）题感兴趣HAMR-JR”Jayaram说，“什么是（shì）生（shēng）物学能（néng）做而（ér）工程学不能（néng）做的？”

前（qián）身——微型机（jī）器人HAMR

2018年，哈佛大学（xué）在（zài）《自（zì）然通讯（xùn）》发表研究，展示了灵感来自（zì）蟑（zhāng）螂的微型机器人HAMR，既（jì）能在（zài）陆地上行走，也（yě）能在水面上游泳、在水下行走，只要需要，就（jiù）可以探索新的环境。作为对比，在自然界中，蟑螂可以在水下存活30分（fèn）钟，但现在，蟑螂机器人（rén）青出于蓝而胜于蓝。

HAMR使用多功能脚垫，依靠表面（miàn）张（zhāng）力和（hé）表面张力（lì）诱（yòu）导浮力，当HAMR需要（yào）游泳，也可（kě）以施加电压打破水（shuǐ）面，当HAMR需要下沉（chén）。这一过程（chéng）被称为电（diàn）润（rùn）湿，即在（zài）施加的电（diàn）压下减（jiǎn）小（xiǎo）材（cái）料与水表面的接触角。接触角（jiǎo）的（de）变化使得物体更容易突破水面。

研究人（rén）员表示，这项研究表明,微（wēi）型机器人可以利用小规（guī）模的物理——在这种情况下表面张力来执行（háng）功能和挑（tiāo）战更大的机器人。

HAMR重（chóng）1.65克(相当于一个大（dà）回形针的（de）重量)，可以在不下沉的情况下额（é）外携带1.44克（kè）的（de）有效载荷，它摆动腿的频（pín）率可达10赫兹。上面涂（tú）了一层聚二甲苯（běn），防止它在水下（xià）短路（lù）。

一旦进入水面以下，HAMR就会像在陆地上一样走路，而且移（yí）动自如。要（yào）回（huí）到干燥的陆地，HAMR面临着来自水的（de）巨大挑战。一种相当于机器人重（chóng）量两倍的水面张力向下压（yā）在机器人身上，此外，这种诱（yòu）导（dǎo）力矩还会大大增加机器人后腿（tuǐ）的摩擦力（lì）。

研究人员（yuán）加固了（le）机器人（rén）的传动装置，并在机器人的前腿上安装了软垫（diàn），以增加负载能力，并（bìng）在爬升过程中（zhōng）重新分配摩擦力。最后，爬（pá）上一个适当的（de）斜坡，机（jī）器人就能（néng）跳出（chū）水面（miàn）。

编译/前瞻（zhān）经济学人APP资（zī）讯组

原文来源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200603122948.htm

https://www.colorado.edu/today/2020/06/03/cockroach-inspired-robot-among-smallest-fastest-ever