哈佛大學研發新一代蟑螂機器人HAMR 既可陸地行走也能水下漫步

在自然界中，蟑螂可以在水下存活長達30分鐘。現在，蟑螂機器人可以做得更好。哈佛的Ambulatory Microrobot，被稱為HAMR，可以在陸地上行走，在水面上游泳，並在必要時還可以在水下行走，為這個小機器人的探索開闢了新環境。

下一代HAMR使用多功能腳墊，當HAMR需要游泳時，它依賴於表面張力及其引起的浮力，但是當HAMR需要下沉時也可以施加電壓來劃開水面。該過程稱為電潤濕，其是在施加的電壓下材料與水表面之間的接觸角的減小。接觸角的這種變化使物體更容易劃開水面。

在水面上移動允許微型機器人逃避淹沒的障礙物並減少阻力。使用四對不對稱襟翼和定製設計的游泳步態，HAMR機載槳在水面上游泳。利用機器人的被動襟翼和周圍水之間的不穩定相互作用，機器人產生類似於潛水甲蟲的游泳步態。這允許機器人有效地向前游泳和轉彎。

「這項研究表明，微機器人可以利用小型物理 —— 在這種情況下是表面張力 —— 來執行對大型機器人具有挑戰性的功能和能力。」哈佛大學約翰·保爾森工程學和應用科學學院(SEAS)博士後研究員Kevin Chen說。他也是論文的第一作者。

最新研究發表在Nature Communications雜誌上。

「HAMR的大小是其表現的關鍵。」SEAS的研究生，該論文的共同作者Neel Doshi說， 「如果它更大，那麼支持具有表面張力的機器人將是一項挑戰，如果它更小，機器人可能無法產生足夠的力來劃開水面。」

HAMR重1.65克(大約和一個大號回形針一樣重)，可以攜帶1.44克的額外有效載荷而不會下沉，並且可以以高達10赫茲的頻率划動它的腿。還給它塗了一層派瑞林(Parylene)，以防止在水下短路。

一旦低於水面，HAMR使用相同的步態，就像在陸地上行走一樣，並且同樣具有移動性。為了回歸陸地地區，HAMR面臨著巨大的挑戰。水平面張力是機器人重量的兩倍，會向下推動機器人，此外，感應扭矩會導致機器人後腿摩擦力的急劇增加。研究人員加強了機器人的傳動裝置，並在機器人的前腿上安裝了軟墊，以增加有效載荷，並在攀爬過程中重新分配摩擦力。最後，沿著適度的斜坡行走，機器人能夠劃開水面。

「這個機器人很好地展示了小型機器人的一些挑戰和機遇。」資深作者Robert Wood說，他是SEAS工程和應用科學教授和哈佛Wyss生物啟發工程研究所的核心教員。 「小尺寸帶來了增加機動性的機會，例如在水面上行走，但也帶來了挑戰。」

接下來，研究人員希望進一步改善HAMR的運動，並找到一種無需坡道返回陸地的方法，可能採用壁虎式粘合劑或衝動跳躍機制。

該研究論文由Benjamin Goldberg和Hongqiang Wang共同撰寫。 它得到了哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院，Wyss生物啟發工程研究所和海軍研究辦公室國防大學研究儀器計劃的支持。

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