昆虫机器人“长”出仿生腿，跑得比“小强”还快还稳

昆虫，大自然的“微型机器人”。它们身材小巧，动作灵活，能钻能爬，去哪儿都不在话下。科学家们早就想：要是能造出像昆虫一样灵活的机器人该有多好。但受限于现有的微型驱动技术，人造机器昆虫总是力不从心，要么速度慢，要么载重差，甚至连稳定的方向控制都成问题。

不过，来自北京航空航天大学的科研团队最近带来了好消息，他们发明了一种全新的微型仿生驱动系统，不仅能量利用效率高，而且能精准控制机器人的运动。有了这个“黑科技”，他们打造出了一款跑得比“小强”还快、还稳的机器昆虫“BHMbot”，这项研究已于近日发表在《自然-通讯》杂志上。

身怀绝技的 BHMbot

这只 BHMbot 虽然只有 2 厘米长、1.76 克重，但它可不是空心的。它的身上集成了能源、控制、通讯、传感等多个模块，是一台货真价实的微型机器人。而最关键的是它腿上装备的特制动力系统。

与传统的旋转式电机不同，BHMbot 采用了一种直线式电机作为驱动。直线电动机（linear motor，又称线性电动机、线型电动机，）是电动机的一种，其原理是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。直线电机本质上是一个电磁铁，通电后会产生往复振动。在微小尺度下，这种结构更容易加工和控制。但振动本身并不能直接带动机器人行走，还需要一个“变速箱”将振动转化为步态运动。

科研团队受到昆虫腿部关节的启发，设计了一组柔性铰链传动装置。铰链的一端连接电机，另一端连接机器人的腿部。当电机振动时，铰链会产生弹性形变，带动腿部挥动。同时，机器人的躯干也会随之产生共振，像弹簧一样蓄势助跑。

通过精心设计铰链的刚柔度和腿部的摆动频率，研究人员实现了这种柔性传动系统与机器人身体的共振耦合，大大提高了机器人的运动效率。

这种“直线驱动+柔性传动”的组合，堪称昆虫机器人的“超级动力系统”。它巧妙地避开了传统旋转电机在微型化中的种种局限，又通过仿生结构实现了能量的高效利用。测试显示，这种新型驱动系统的效率可以达到 20% 以上，远高于毫米级传统电机的水平。

于是乎，这个小不点就有了惊人的“脚力”。别看它一次只能跳几毫米，但频率高啊，这小家伙一秒钟能跳几十下，就像上了发条似的，速度可以达到自身长度的 25 倍多！

更神奇的是，这个昆虫机器人居然还能越“驮”越快，给它背上有自身 5 倍多重的“行李”后，它照样欢快地蹦跶。这得益于它能随着载重变化，自动调整跳跃的频率和幅度。在一定范围内，BHMbot 的速度甚至会随着载重的增加而提高。

至于方向控制，科学家们也有妙招。他们在 BHMbot 的两条腿上分别装了微型电机，通过巧妙调节两条腿的运动频率差，就能操控机器人转向。就像两个轮子转速不同，车子就会拐弯一样。这样一来，无需复杂的机械结构，只用两个驱动器就能让 BHMbot 随心所欲地“遛弯儿”了。这种控制方法的灵感同样来自昆虫，昆虫就是通过控制左右两侧肢体的运动频率差，来调节行进方向的。

无限可能——BHMbot 的未来

有了这些“绝活儿”，BHMbot 简直是昆虫界的“超级玩家”。给它编个程序，它就能按计划跑出圆形、矩形，甚至写出“BUAA”（北京航空航天大学的缩写）的字样。而通过手机遥控，它还能灵活地避开障碍。这么能跑能跳的小机器人，用途可就多了。

比如，它可以穿过废墟，去震后现场搜寻幸存者。研究人员已经做了模拟实验，让 BHMbot 在复杂环境中穿行，并成功识别出受困人员发出的求救信号。又比如，这小家伙还能给飞机“体检”。它身材小，跑得稳，正适合钻入发动机等狭窄部位，近距离勘察可能出现的损伤。