近日，美国科罗拉多大学博尔德分校工程师团队展示了一种微型变形机器人CLARI，其可改变形状挤过狭窄的间隙。它的设计灵感来自于昆虫世界，未来或能以全新的方式为重大灾难后的救援人员提供帮助。

CLARI目前仍处于起步阶段，但在不久的将来，这些小型机器人就能独立爬行到喷气发动机的内部或倒塌建筑物的废墟里。

以昆虫为灵感可变性

CLARI是Compliant Legged Articulated Robotic Insect的缩写，由美国科罗拉多大学波德分校团队构建。由上方往下看，呈现方形寿司状的CLARI有四条跟甲虫很像的脚脚，身体由四个部分组成，每个部分都有一只脚，有着各自的电路板跟双致动器。

这些致动器让不仅让CLARI微型机器人可以前后挪移腿部，也能独立运行每条腿。在一般的运行模式， CLARI基本上都是在方形状态下移动，才有最快的速度跟最佳稳定性，但如果遇到缝隙时怎么办？CLARI的重量小于乒乓球，几个机器人都可轻松地放在手掌中。当周围环境变得狭窄时，CLARI可从方形变为细长。CLARI有4条腿，但其允许工程师混搭其附肢，产生一些“狂野”的蠕动机器人，譬如可在网上行走的八足蜘蛛式机器人。

目前最基本的形式中，CLARI的形状似一个正方形，4个边各有一条腿。然而，通过改变CLARI，它可像螃蟹一样压得更宽，也可像蜈蚣一样拉得更长。总之，该机器人可从约34毫米宽的方形变形为约21毫米宽的细长形状。CLARI的每条腿的功能几乎就等于一个独立的机器人，有自己的电路板和双执行器，可前后左右移动腿，类似于人类的髋关节。理论上，这种模块化设计可让CLARI机器人呈现出不同的形状。

虽然现阶段CLARI是连接到外部电源和控制器，但未来若由电池供电并配备传感器，就能够自主穿越复杂地形的环境。科学团队还希望让这些机器人变更小，然后装更多的腿，虽然就越来越像黑色流星了，但至少能提高操作性。

昆虫总是会消失在缝隙中，但这就有助于搜索跟救援任务，科罗拉多大学波德分校工程博士生Heiko Kabutz表示，如果我们打造出蜘蛛或苍蝇机器人，在上方增加摄影机或传感器后，就能开始探索以前无法到达的地方。在搜救任务中，昆虫机器人备受期待，但除了搜救也有许多应用，除了有可以当地震灾难现场搜索幸存者的蟑螂机器人，还有嗅出有毒气体的机器苍蝇、以及为植物授粉的萤火虫机器人，微型机器人的应用范围之广。

与 Jayaram 早期的机械化蟑螂不同

贾亚拉姆对反映动物世界大杂烩的机器人并不陌生。“我们能够挤过垂直间隙，”他说。“但这让我思考：这是一种压缩方式。还有什么其他方式呢？”这就是 CLARI 诞生的地方，它是为了挤过水平间隙而出现的。

在最基本的形式中，机器人的形状像一个正方形，四个边各有一条腿。然而，根据挤压 CLARI 的方式，它可以变得更宽，就像螃蟹一样，也可以变得更长，就像贾亚拉姆最喜欢的蟑螂一样。

早在几年前，贾亚拉姆（Kaushik Jayaram）从这种具有神奇弹性的蟑螂身上获得了灵感，研发了一种外骨骼可以被压缩到不足其一半身高的机器人，可以在有限的空间内蠕动而行，名叫CRAM。它可以像城市里的害虫一样挤进看似不可能的空间。他的另一个作品能够头朝下撞到墙上，然后继续跑，就像一只蟑螂一样。“在上研究生之前，我从来都不喜欢蟑螂。”Jayaram说，“但后来，这么多年来，我觉得，‘是啊，你太恶心了。但作为一种特别的生物，你也是非常有用的，我们可以从中学到东西。’”

设计用来模仿这种讨厌昆虫的速度和机动性的HAMR-JR，也带来了一系列工程上的挑战。最主要的就是动力问题。这种尺寸的机器人不能使用传统的马达。当它们太小的时候就会过热。因此，哈佛大学的研究小组使用一种叫做“压电致动器”的工具为HAMR-JR提供了动力。

此外，按比例缩小确实会改变一些控制步长和关节刚度的原则，因此研究人员还开发了一个模型，可以根据目标尺寸预测运动指标，如跑步速度、脚力和有效载荷。然后可以使用该模型来设计具有所需规范的系统。Jayaram解释说，为了制造这么小的机器人，研究人员首先用激光将机器人的身体部分的形状蚀刻在一块碳纤维复合材料上。Jayaram说:“我们在平面上把所有东西做成二维结构，然后像折纸一样把它折叠起来，做成三维结构。”“在显微镜下观察要花很多时间才能让它工作。”

与 Jayaram 早期的机械化蟑螂不同，CLARI 的每条腿的功能几乎就像一个独立的机器人——有自己的电路板和双执行器，可以前后左右移动腿，类似于人类的髋关节。理论上，这种模块化可以让 CLARI 机器人呈现出各种各样的形状。“我们想要的是能够改变形状并适应任何环境条件的通用机器人，”贾亚拉姆说。“在动物世界中，这可能就像变形虫一样，它没有明确的形状，但可以根据是否需要快速移动或吞没一些食物而改变。”

潜在应用领域非常广泛

这种机器人的灵活性和适应性为救援人员提供了一种全新的工具，可以在灾难或紧急情况下进入狭小空间，寻找被困的人员或收集信息。在救援任务中，它可以用于侦察和搜索被损毁的建筑物，寻找幸存者并提供帮助。在军事领域，它可以用于侦察和搜救任务，在危险环境中为士兵提供支援。

微型机器人也可以应用于多种外科手术，例如清理阻塞的动脉或取出肿瘤。在动脉阻塞的情况下，微型机器人可以通过血管途径进入被阻塞的动脉，利用其微小的尺寸以及精确的操控能力，清除血管内部的血栓或堵塞物。类似地，对于肿瘤的摘除，微型机器人可以通过微创手术进入患者的体内，通过操控臂或器械，实现对肿瘤的精确定位和切除。

微型机器人的优势在于其精确的操控能力和微小的尺寸。它们可以穿过狭小的通道进入到难以到达的部位，减少对患者的创伤和疼痛。此外，微型机器人还可以搭载高分辨率摄像头和传感器，为医生提供清晰的视野和实时监测，提高手术的准确性和安全性。

然而，微型机器人在外科手术中应用仍然面临一些挑战。首先，微型机器人的控制和操控技术需要更加精确和稳定，以确保安全和有效的操作。其次，微型机器人与人体组织的相互作用需要进一步研究，以防止潜在的组织伤害或排异反应。此外，微型机器人的设计和制造也需要考虑材料的生物相容性和机械性能。

此外，它还可以用于工业和科学领域，例如在狭小空间中进行维修和检查。

然而，尽管CLARI机器人在实验室中取得了令人印象深刻的成果，但要实现它在现实世界中的广泛应用还需要克服一些技术挑战。例如，改变形状的过程需要高度精确的控制和协调，因此需要进一步开发先进的传感器和控制算法。此外，机器人的耐用性和可靠性也需要进一步提高，以满足严苛的应用环境要求。

总之，美国科罗拉多大学博尔德分校的工程师团队展示了一种微型变形机器人CLARI，它能够改变形状以穿越狭窄的间隙。该机器人的设计灵感来自昆虫世界，有望为重大灾难后的救援工作提供全新的帮助方式。虽然目前仍面临挑战，但这种微型变形机器人在未来的救援任务、军事任务和工业应用中具有巨大的潜力。

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