激光控制微型“螃蟹”的运动

近日，一个国际工程团队开发并演示了一个亚毫米级微型机器人，通过激光遥控器控制，它可以直行、弯曲、扭转、转弯和跳跃（Sci. Robot.，doi: 10.1126/scirobotics.abn0602）。据该团队称，这是目前为止世界上最小的远程控制机器人，其仿生模型是“露趾蟹”（如图1）。

图1 站在硬币边缘的小螃蟹机器人。（图片来源：美国西北大学）

并且，他们相信，制造这种独特而简单的“微型机器人”的策略可以扩展小规模系统的功能和性能，并扩大了它们的实际应用范围。“你可以把微型机器人想象成工业上修复或组装小型部件或机器人的工人，”该团队负责人、美国西北大学John A. Rogers称，“或者想象成外科小助手，清理阻塞的动脉，以阻止内出血或清除癌变肿瘤——以上这些均是在微创手术中完成的。”

受到立体书的启发

与传统微型机器人制造方法不同，该团队的亚毫米机器人设计方法不需要复杂的硬件、电源或远程控制设备。此外，受到一本立体书中3D图片的启发，他们利用一种柔韧基质——形状记忆镍钛合金、一种半柔韧的聚合物骨架和具有控制作用的外部激光来制造。

此外，为了制造出像猫趾一样的机器人，该团队首先将机器人的合金关节和具有结构支撑作用的聚酰亚胺（PI）股价转移打印到伸展的硅橡胶基板上。然后，释放基板张力，拉扯硅片收缩以及使得合金和PI结构扣上并弹出，最终形成螃蟹的3D形状。利用扫描激光反复加热和冷却螃蟹的nitinol关节，使得它们反复膨胀和收缩，从而启动微型机器人的运动。

在耐久性测试中，Rogers及其合作者发现，使用520纳米扫描激光器，镍钛合金接头可以经历超过100000次连续的加热-冷却过程，并且保持稳定。

激光驱动螃蟹爬行

图2 外部扫描激光器可以控制这些微型“螃蟹”的运动。（图片来源：美国西北大学）

在概念验证实验中，该团队展示了它们可以通过扫描激光的方向和角度来控制机器蟹的运动方向。例如，当激光从左向右扫描腿部关节时，微型机器人会从右向左转弯。由于体积小的特点以及较快的加热-冷却的联动过程，机器蟹以每秒半个身长的相对速度快速移动。

该团队通过单独加热和冷却螃蟹的关节，使其能做出更复杂的动作，比如跳跃、转弯、扭转和弯曲等。

此外，他们还展示了微型机器人做欸无线环境传感器的潜在用途。若安装上光反射器，当不见材料由于湿度或紫外线的变化而变色时，这些反射器也会启动它们。

除了“露趾蟹”机器人外，该团队利用相同材料和技术，制造了类似篮子、圆形螺旋体和双层螺旋体形状的微型机器人。Rogers说：“有了以上组装技术和材料概念，我们可以制造几乎任何大小和3D形状的爬行机器人。”

新闻链接：

https://www.optica-opn.org/home/newsroom/2022/june/tiny_robot_crabs_controlled_with_a_laser/