北航科研團隊實現技術突破，2釐米大“昆蟲”機器人助力災後救援

新京報訊 據“首都教育”微信公衆號消息，在災後救援、大型機械裝備檢修等場景，仿生機器“昆蟲”大有可爲，業界一直在尋找適配的高效動力系統。北京航空航天大學科研團隊成功實現微型動力技術新突破，並基於此研發出一款仿生“昆蟲”，實現了昆蟲尺寸（2釐米）機器人的脫線可控爬行。相關成果近日在國際學術期刊《自然·通訊》發表。

北航科研團隊研發的微型機器“昆蟲”。圖/北京航空航天大學

置身一堆小石塊兒間，這款四足機器“昆蟲”行動矯健、穿梭自如，仿若甲殼蟲。文章共同通訊作者、北航能源與動力工程學院教授閆曉軍介紹，該機器“昆蟲”身長2釐米、寬1釐米、重1.76克，垂直投影面積僅兩個指甲蓋大小，具有快速機動、高載重、無線可控等特性。

小機器昆蟲可以適應多種應用場景，例如災後救援、航空發動機檢測等。目前已完成求救信號採集驗證，可以模擬災後搜救的場景。在模擬場景中，機器昆蟲穿過石頭等障礙物後到達倒塌房屋附近，然後採集房屋內部發出的SOS求救信號並將其回傳至控制端。除用於災後搜救外，研究人員希望未來這款機器“昆蟲”也可用於航空發動機結構損傷檢測。

北航科研團隊研發的微型機器“昆蟲”爬行動圖。圖/北京航空航天大學

尺寸雖小，“五臟”俱全。動力系統是機器人的“心臟”。普通機器人通常靠電動機驅動，對供能要求較高，而微型機器人內部空間不足以承載大容量電池，需外接通電線持續供電，其自由移動因此受限。北航科研團隊歷經多年研究，開發出基於直線式驅動、柔性鉸鏈傳動的新型動力系統，讓微型機器人成功擺脫電機與外接電線。

“在機器‘昆蟲’內，我們植入了能源、控制、通訊和傳感系統。直線式驅動器將‘體內’小型電池輸入的電能轉化爲機械能，並向外輸出機械振動；柔性鉸鏈傳動機構將機械振動轉換爲機器‘昆蟲’腿部的週期振動，進而帶動整個機體實現高頻彈跳運動。”團隊成員、北航助理教授劉志偉說，通俗地講就是“體內”微型電池完成電生磁，促使一旁的磁鐵振動，再帶動腿部關節運動。

北航博士生、團隊成員詹文成介紹，科研團隊還設計了仿生奔跑步態，通過機器“昆蟲”步頻和步幅的自適應調節，實現高載重下快速爬行；提出基於機器“昆蟲”雙腿振動頻率差的控制方法，實現運動軌跡精確控制。

閆曉軍表示，這一微型動力技術的成功研發，有望推動微型機器人大範圍開發和應用，助力災後搜救、大型機械設備和基礎設施損傷檢測等。

編輯 劉夢婕