近日，一組國際研究團隊開發了一種基于昆蟲導航策略的自主導航系統，用于微型輕量級機器人。這一創新不僅在微型機器人領域引起了廣泛關注，也為未來在搜索與救援、農業和醫療等多個領域的應用奠定了基礎。

研究背景

昆蟲在導航和運動方面表現出色，盡管它們的大腦相對簡單，卻能夠在復雜環境中高效地完成各種任務。受此啟發，研究人員希望通過模仿昆蟲的導航策略，解決微型機器人在復雜環境中自主導航的難題。南方科技大學（SUSTech）的王宏強教授團隊，借鑒昆蟲肌肉的結構和功能，開發了新型電動致動器，實現了微型機器人的靈活運動和高精度操控。

關鍵技術與實現

這項研究的核心在于利用電動致動器替代傳統的電磁致動器。電動致動器通過電極間的靜電力來移動薄膜，模擬昆蟲肌肉的運動方式。這種致動器不僅輕便且功率強大，還具備高度的可控性和可擴展性。研究人員成功地在毫米級別上實現了這種致動器的應用，使其能夠在微型爬行機器人中發揮作用 。

為了驗證這一技術，研究團隊制作了幾種微型機器人原型，包括模仿蚯蚓運動的微型爬行機器人和模仿腸道蠕動的微型醫療機器人。這些機器人在狹窄空間中的靈活性和耐久性使其能夠在災后搜救和醫療檢查中發揮重要作用。例如，微型爬行機器人可以在建筑物倒塌后狹窄的管道中移動，獲取救援現場的圖像信息，而微型醫療機器人則可以在體內執行微創手術。

實驗與應用

在實驗中，這些微型機器人展示了強大的性能。例如，華盛頓州立大學（WSU）的研究團隊開發的機器人采用形狀記憶合金（shape memory alloys）作為致動器，這些合金線僅有1/1000英寸粗細。當通電后，合金線能夠迅速加熱和冷卻，使機器人每秒鐘可以拍打翅膀或移動足部高達40次。在測試中，這種致動器能夠提升自身重量的150倍以上。

此外，利物浦大學的研究團隊開發了一種“蟲群算法”，用于微型飛行機器人群體的自主導航。實驗中，研究人員將帶有攝像頭的30克商用無人機送入室內環境模擬災后搜救情景。在短短六分鐘內，一群六架無人機探索了80%的開放區域，并成功找到模擬受害者的位置。該算法通過無線通信芯片實現機器人之間的信號強度傳遞，使其在環境中有效避障并導航。

未來展望

這種基于昆蟲啟發的自主導航策略為微型機器人的未來應用打開了新局面。研究人員表示，進一步改進材料、設計和控制方法，可以使電動致動器在性能上趕超傳統的電磁致動器。這些改進將使微型機器人在更多領域實現高效應用，包括農業自動化、環境監測和生物醫學工程。

昆蟲啟發的導航策略不僅為微型機器人的設計提供了新的思路，也為解決當前機器人技術中的一些關鍵難題提供了潛在的解決方案。隨著技術的不斷進步和多學科的協作，這些微型機器人將在未來發揮越來越重要的作用，為各種復雜任務提供高效且靈活的解決方案。