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喝假酒，干重活：华科校友88毫克机器人登Science子刊( 二 )


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图 S1：NiTi-Pt 复合线材的制作过程 。
设计原理 Design of RoBeetle
为了验证 2H NiTi-Pt 致动器的性能 ， 研究者创建了自动 RoBeetle 的原型 ， 具体如下图 3A 所示 。 RoBeetle 通过基于可变摩擦的运动方式来实现爬行 。 但是 ， 本研究提出的致动方法可以赋能一系列微型机器人平台 ， 进而实现机器人的行走、跳跃、游泳和飞翔动作 。
下图 3B 展示了致动、感知和反馈控制的联合机制；图 3C 至 3H 展示了实现自主操作所需的所有组件 ， 包括 NiTi-Pt 复合线材、MCM 以及燃料箱和其他结构构件 。
喝假酒，干重活：华科校友88毫克机器人登Science子刊
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图 3：RoBeetle 的设计原理 。
就功能而言 ， 这些组件分为以下四类：
第一类包含构成 RoBeetle 躯干的组件 ， 即存储甲醇的燃料箱（图 3C 和 3D）；
第二类由 MCM 组件组成 ， 即燃料舱盖和滑动闸板（图 3E）；
第三类由构成致动机制的组件组成 ， 包括 NiTi-Pt 线和传动装置（图 3E）、叶片弹簧（图 3C 和 3G）、以及用于安装叶片弹簧的两个喇叭状静态臂和支撑复合线的后锚块夹具（图 3C）；
第四类由带爪的仿生微型机械腿组成 ， 它们能够诱发各向异性摩擦 ， 进而模拟亚种群甲虫 Pachnoda marginata peregrina 的摩擦机制 。
实验
系留固定实验
为了获取适合 MCM 设计的参数 ， 该研究使用了多个 RoBeetle 原型来进行一系列系留实验 。
具体来说 ， 研究者测量了与微型机器人操作相关的最相关变量 ， 包括 NiTi-Pt 线的表面温度和产生的自振荡致动应变 ， 如下图 4 所示 。
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图 4：用于测试 RoBeetle 原型特性的系留固定实验 。
自主运动
为了验证提出的致动方法并探究 RoBeetle 原型的运动性能 ， 研究者进行了两种类型的实验：静止（stationary）条件和平缓移动条件下的自主爬行 。 这两个实验旨在根据平均爬行速度来突出最坏和最佳情况下的操作条件 。
下图 5A 中展示了第一类运动测试的实例 ， 图 5B 展示了第二类运动测试的实例 。 与这两个测试相对应 ， 机器人位置随时间变化的情况如图 5C 所示 。
操作过程中 ， 机器人后腿爪部到前腿爪部的距离随着人造肌肉的收缩呈现周期性增加 ， 同时随着人造肌肉的延伸而距离缩小 。
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图 5：该机器人在两种环境条件下的自主运动 。
功能和运动性能
从最基本的导航角度来看 ， 自主地面机器人必须能够爬坡、运载有效载荷并在各种不同的表面上运动 。 因此 ， 为了评估 RoBeetle 的功能 ， 研究者进行了进一步的实验 。
首先是坡道攀爬 ， 下图 6A 至 6C 展示了 RoBeetle 分别在倾斜度为 5°、10° 和 15° 的斜坡上爬行的样子 。 RoBeetle 原型可以轻松地在 5° 和 10° 的坡度上攀爬 ， 但在 15° 倾斜度上攀爬的时候出现了下滑 。 与在水平面上相比 ， 测得的相应速度如下图 6D 所示 。
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图 6：在不同的实验设置下的运动及其达到的速度 。
有效载荷行进演示
研究者演示了 RoBeetle 携带有效载荷的能力 ， 并展示了机器人执行简单自动化任务时与环境的交互 ， 具体如下图 7 所示：
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图 7：机载射频识别芯片实现了机器人与环境的交互 。


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