哈佛大学研发新一代蟑螂机器人HAMR 既可陆地行走也能水下漫步

在自然界中，蟑螂可以在水下存活长达30分钟。现在，蟑螂机器人可以做得更好。哈佛的Ambulatory Microrobot，被称为HAMR，可以在陆地上行走，在水面上游泳，并在必要时还可以在水下行走，为这个小机器人的探索开辟了新环境。

下一代HAMR使用多功能脚垫，当HAMR需要游泳时，它依赖于表面张力及其引起的浮力，但是当HAMR需要下沉时也可以施加电压来划开水面。该过程称为电润湿，其是在施加的电压下材料与水表面之间的接触角的减小。接触角的这种变化使物体更容易划开水面。

在水面上移动允许微型机器人逃避淹没的障碍物并减少阻力。使用四对不对称襟翼和定制设计的游泳步态，HAMR机载桨在水面上游泳。利用机器人的被动襟翼和周围水之间的不稳定相互作用，机器人产生类似于潜水甲虫的游泳步态。这允许机器人有效地向前游泳和转弯。

“这项研究表明，微机器人可以利用小型物理 —— 在这种情况下是表面张力 —— 来执行对大型机器人具有挑战性的功能和能力。”哈佛大学约翰·保尔森工程学和应用科学学院(SEAS)博士后研究员Kevin Chen说。他也是论文的第一作者。

最新研究发表在Nature Communications杂志上。

“HAMR的大小是其表现的关键。”SEAS的研究生，该论文的共同作者Neel Doshi说， “如果它更大，那么支持具有表面张力的机器人将是一项挑战，如果它更小，机器人可能无法产生足够的力来划开水面。”

HAMR重1.65克(大约和一个大号回形针一样重)，可以携带1.44克的额外有效载荷而不会下沉，并且可以以高达10赫兹的频率划动它的腿。还给它涂了一层派瑞林(Parylene)，以防止在水下短路。

一旦低于水面，HAMR使用相同的步态，就像在陆地上行走一样，并且同样具有移动性。为了回归陆地地区，HAMR面临着巨大的挑战。水平面张力是机器人重量的两倍，会向下推动机器人，此外，感应扭矩会导致机器人后腿摩擦力的急剧增加。研究人员加强了机器人的传动装置，并在机器人的前腿上安装了软垫，以增加有效载荷，并在攀爬过程中重新分配摩擦力。最后，沿着适度的斜坡行走，机器人能够划开水面。

“这个机器人很好地展示了小型机器人的一些挑战和机遇。”资深作者Robert Wood说，他是SEAS工程和应用科学教授和哈佛Wyss生物启发工程研究所的核心教员。 “小尺寸带来了增加机动性的机会，例如在水面上行走，但也带来了挑战。”

接下来，研究人员希望进一步改善HAMR的运动，并找到一种无需坡道返回陆地的方法，可能采用壁虎式粘合剂或冲动跳跃机制。

该研究论文由Benjamin Goldberg和Hongqiang Wang共同撰写。 它得到了哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院，Wyss生物启发工程研究所和海军研究办公室国防大学研究仪器计划的支持。