柔性微型機器人具有優良的環境適應性、行動隱蔽性和可集羣化工作的特點，在灾後搜救、環境監測、偵察監聽等隱蔽狹小空間工作場合具有極大的應用潜力。但是，由於柔性資料具有低剛度、易變形的特點，柔性執行機構普遍存在著驅動能力弱、運動精度差的問題，給柔性機器人的靈活運動和精確控制帶來挑戰。
柔性微型機器人結構與工作原理示意圖
圖A：柔性微型機器人基本結構；圖B：靜電足墊結構；圖C：摩擦力控制原理。
近日，清華大學深圳國際研究生院先進製造學部張旻、王曉浩團隊和美國加州大學伯克利分校林立偉團隊合作，在前期柔性機器人壓電諧振高效驅動結構的研究基礎上，提出了利用靜電調控摩擦力實現柔性微型機器人高速轉向控制的方法。機器人全長30mm，由柔性單晶壓電結構驅動，通過在機器人足部添加靜電足墊和機器人4自由度模型設計優化，進行驅動與靜電吸附協同控制，實現了482º/s的轉向速度和28身長/s2的轉向加速度，達到了已報導微型機器人的最高轉向速度，與蟑螂等陸地節肢動物相當。此外，機器人可在5.6秒內通過總長1.2m的迷宮路徑。
在此基礎上，為了擺脫電纜的束縛，通過優化負載結構，機器人進一步實現了無纜獨立運動。通過攜帶的控制電路、電池、感測器等，實現了自動尋迹和軌跡控制。
機器人執行不同任務演示圖
圖A：拖纜機器人在5.6秒內通過1.2m長的迷宮軌道；圖B：拖纜機器人攜帶氣體感測器記錄VOC濃度分佈；圖C：無纜機器人行走“S”形軌跡。
相關成果近日以“基於靜電足墊的高機動性昆蟲尺寸柔性機器人軌跡控制”（Electrostatic footpads enable agile insect-scale soft robots with trajectory control）為題發表在《科學·機器人》（Science Robotics）上，這是該團隊第二次在《科學·機器人》上發表延續性工作。清華大學深圳國際研究生院張旻副研究員、澳門大學鐘俊文助理教授和美國加州大學伯克利分校林立偉教授為本文通訊作者，論文第一作者為清華伯克利深圳學院2016級儀器科學與科技專業博士生梁家銘和電子科技大學講師吳一川，論文作者還包括清華大學深圳國際研究生院研究員王曉浩，2019級儀器儀錶工程專業碩士生陳慧敏、苗子聰，2019級儀器科學與科技專業博士生劉含笑等。論文第一單比特為清華-伯克利深圳學院。
論文連結：
https://robotics.sciencemag.org/content/6/55/eabe7906.full
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