機器人的技術正在不斷演進，各種各樣有創意的新型應用頻頻爆出。最近，研究人員在華盛頓大學取得了一項引人注目的突破，開發了一種小型機器人設備，可以在半空中改變形狀，而無需使用電池。這項研究的成果于2023年9月13日在《科學機器人》雜志上發表，讓我們一起來了解一下這一令人興奮的技術。
這些小型機器人被戲稱為“微型飛行器”，它們具有獨特的特性，使它們在機器人領域引起廣泛關注。與傳統的機器人不同，這些微型飛行器不需要電池來驅動它們的運動，而是利用太陽能和折紙技術來實現空中形狀的變化和飛行控制。
每個微型飛行器都裝備了一個板載的無電池執行器、太陽能收集電路和控制器。這些關鍵組件允許機器人在半空中觸發形狀的變化，從而改變它們的飛行方式。具體來說，它們使用了三浦折紙法，一種精妙的折疊技術，通過在下降過程中巧妙地“卡住”折疊位置，將自身從翻滾狀態轉變為直接下降到地面的狀態，同時在空中分散開來。
這項技術的關鍵在于如何控制這些機器人的形狀變化和飛行。研究人員采用了多種方法來實現這一目標，包括機載壓力傳感器，用于估算高度，機載計時器以及藍牙信號。這些方法的組合使研究人員能夠精確地控制每個機器人的形狀變化和飛行路徑，從而實現各種應用。
微型飛行器的特性令人印象深刻。它們的重量僅為400毫克，相當于一個釘子的一半。然而，在微風中從40米高空墜落時，它們能夠飛行相當于一個足球場的距離。此外，這些機器人還攜帶了機載傳感器，用于測量飛行時的溫度、濕度和其他條件，為各種研究和任務提供了有用的數據。
這項研究的首席科學家之一，華盛頓大學保羅·G·艾倫計算機科學與工程學院的助理教授Vikram Iyer表示：“使用折紙技術為微型飛行器開辟了新的設計思路。我們受到樹葉的幾何圖案啟發，將Miura-ori折疊技術與能量收集和微型執行器相結合，使我們的飛行器能夠在半空中模仿不同類型的樹葉飛行方式。這種高度節能的方法使我們能夠在無需電池的情況下控制微型飛行器的下降，這在過去是不可能的。”
然而，這項技術也面臨著一些挑戰。其中之一是確保機器人足夠堅硬，以避免在發出信號之前意外轉變為折疊狀態。此外，這些機器人需要能夠在沒有電源的情況下改變形狀，這一需求得到了太陽能收集電路的滿足。目前，這些微型飛行器只能單向轉換，從翻滾狀態到下落狀態。但研究人員表示，未來的設備將能夠實現雙向轉換，從而在惡劣天氣條件下實現更加精確的著陸。
這項研究的合著者包括華盛頓大學和威斯康星大學的科學家和工程師，他們的合作取得了這一重要成果。此外，這項研究得到了多個資助機構的支持，包括摩爾基金會獎學金、國家科學基金會、國家GEM聯盟、谷歌獎學金計劃、Cadence獎學金計劃、華盛頓NASA太空撥款獎學金計劃和SPEEA ACE獎學金計劃。
這一研究的成功標志著機器人技術領域的一個重要進步，為未來的無電池機器人和空中應用提供了嶄新的思路，這些微型飛行器的創新設計和高度節能的特性將為各種領域，包括科學研究、環境監測和救援任務。
