机器人的技术正在不断演进，各种各样有创意的新型应用频频爆出。最近，研究人员在华盛顿大学取得了一项引人注目的突破，开发了一种小型机器人设备，可以在半空中改变形状，而无需使用电池。这项研究的成果于2023年9月13日在《科学机器人》杂志上发表，让我们一起来了解一下这一令人兴奋的技术。
这些小型机器人被戏称为“微型飞行器”，它们具有独特的特性，使它们在机器人领域引起广泛关注。与传统的机器人不同，这些微型飞行器不需要电池来驱动它们的运动，而是利用太阳能和折纸技术来实现空中形状的变化和飞行控制。
每个微型飞行器都装备了一个板载的无电池执行器、太阳能收集电路和控制器。这些关键组件允许机器人在半空中触发形状的变化，从而改变它们的飞行方式。具体来说，它们使用了三浦折纸法，一种精妙的折叠技术，通过在下降过程中巧妙地“卡住”折叠位置，将自身从翻滚状态转变为直接下降到地面的状态，同时在空中分散开来。
这项技术的关键在于如何控制这些机器人的形状变化和飞行。研究人员采用了多种方法来实现这一目标，包括机载压力传感器，用于估算高度，机载计时器以及蓝牙信号。这些方法的组合使研究人员能够精确地控制每个机器人的形状变化和飞行路径，从而实现各种应用。
微型飞行器的特性令人印象深刻。它们的重量仅为400毫克，相当于一个钉子的一半。然而，在微风中从40米高空坠落时，它们能够飞行相当于一个足球场的距离。此外，这些机器人还携带了机载传感器，用于测量飞行时的温度、湿度和其他条件，为各种研究和任务提供了有用的数据。
这项研究的首席科学家之一，华盛顿大学保罗·G·艾伦计算机科学与工程学院的助理教授Vikram Iyer表示：“使用折纸技术为微型飞行器开辟了新的设计思路。我们受到树叶的几何图案启发，将Miura-ori折叠技术与能量收集和微型执行器相结合，使我们的飞行器能够在半空中模仿不同类型的树叶飞行方式。这种高度节能的方法使我们能够在无需电池的情况下控制微型飞行器的下降，这在过去是不可能的。”
然而，这项技术也面临着一些挑战。其中之一是确保机器人足够坚硬，以避免在发出信号之前意外转变为折叠状态。此外，这些机器人需要能够在没有电源的情况下改变形状，这一需求得到了太阳能收集电路的满足。目前，这些微型飞行器只能单向转换，从翻滚状态到下落状态。但研究人员表示，未来的设备将能够实现双向转换，从而在恶劣天气条件下实现更加精确的着陆。
这项研究的合著者包括华盛顿大学和威斯康星大学的科学家和工程师，他们的合作取得了这一重要成果。此外，这项研究得到了多个资助机构的支持，包括摩尔基金会奖学金、国家科学基金会、国家GEM联盟、谷歌奖学金计划、Cadence奖学金计划、华盛顿NASA太空拨款奖学金计划和SPEEA ACE奖学金计划。
这一研究的成功标志着机器人技术领域的一个重要进步，为未来的无电池机器人和空中应用提供了崭新的思路，这些微型飞行器的创新设计和高度节能的特性将为各种领域，包括科学研究、环境监测和救援任务。