昆虫，大天然的“微型机器人”。它们身段细巧，动作灵敏，能钻能爬，去哪儿都不在话下。科学家们早就想：要是能造出像昆虫相同灵敏的机器人该有多好。但受限于现有的微型驱动技能，人工机器昆虫总是无能为力，要么速度慢，要么载重差，乃至连安稳的方向操控都成问题。

  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，他们发明晰一种全新的微型仿生驱动体系，不只能量使用功率高，并且能精准操控机器人的运动。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”，这项研讨已于近来宣布在《天然-通讯》杂志上。

  这只 BHMbot 尽管只要 2 厘米长、1.76 克重，但它可不是空心的。它的身上集成了动力、操控、通讯、传感等多个模块，是一台名副其实的微型机器人。而最要害的是它腿上配备的特制动力体系。

  与传统的旋转式电机不同，BHMbot 选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。直线电机实质上是一个电磁铁，通电后会发生往复振荡。在细小标准下，这种结构更简单加工和操控。但振荡本身并不能直接带动机器人行走，还需要一个“变速箱”将振荡转化为步态运动。

  科研团队遭到昆虫腿部关节的启示，规划了一组柔性铰链传动装置。铰链的一端衔接电机，另一端衔接机器人的腿部。当电机振荡时，铰链会发生弹性形变，带动腿部挥动。一起，机器人的躯干也会随之发生共振，像绷簧相同蓄势助跑。

  经过精心规划铰链的刚柔度和腿部的摇摆频率，研讨人员完成了这种柔性传动体系与机器人身体的共振耦合，大起伏的提升了机器人的运动功率。

  这种“直线驱动+柔性传动”的组合，可谓昆虫机器人的“超级动力体系”。它奇妙地避开了传统旋转电机在微型化中的种种限制，又经过仿生结构完成了能量的高效使用。测验显现，这种新式驱动体系的功率能够到达 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，速度能到达本身长度的 25 倍多！

  更奇特的是，这个昆虫机器人竟然还能越“驮”越快，给它背上有本身 5 倍多重的“行李”后，它照样欢快地蹦跶。这得益于它能跟着载重改变，主动调整跳动的频率和起伏。在一些范围内，BHMbot 的速度乃至会跟着载重的添加而进步。

  至于方向操控，科学家们也有好办法。他们在 BHMbot 的两条腿上别离装了微型电机，经过奇妙调理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，车子就会拐弯相同。这样一来，无需杂乱的机械结构，只用两个驱动器就能让 BHMbot 为所欲为地“遛弯儿”了。这种操控办法的创意相同来自昆虫，昆虫便是经过操控左右两边肢体的运动频率差，来调理跋涉方向的。

  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，乃至写出“BUAA”（北京航空航天大学的缩写）的字样。而经过手机遥控，它还能灵敏地避开妨碍。这么能跑能跳的小机器人，用处可就多了。

  比方，它能够穿过废墟，去震后现场搜索幸存者。研讨人员现已做了模拟实验，让 BHMbot 在杂乱环境中穿行，并成功识别出受困人员宣布的求救信号。又比方，这小家伙还能给飞机“体检”。它身段小，跑得稳，正合适钻入发动机等狭隘部位，近距离勘测或许呈现的损害。

  从实质上说，BHMbot 的技能原理是完成了细小标准下能量转化与运动操控的高度耦合与优化。一方面，直线驱动和柔性传动的奇妙结合在结构规划上找到了电机输出和机器人运动的最佳“频率”。另一方面，这种结构还能依据不同的载重和环境需求，自适应地调整驱动参数，使输出力矩一直与负载阻抗完成“阻抗匹配”，确保能量使用的最优状况。

  这项研讨的含义，不只在于造出了一只跑得快、跳得高，还特别能“背”的机器小强，更在于它所选用的微型驱动和操控技能，为昆虫机器人的规划拓荒了新途径。这种轻盈、灵敏、高效的驱动方式，有望在微型机器人范畴带来一场革新。

  纵观 BHMbot 的研制进程，咱们清楚明晰一个贯穿人类文明史的思维内核——向大天然学习，从生物体的精巧结构中罗致创意，并将其与顶级制作技能相结合，去发明出更高效、更智能的机器。这种仿生学与机器人学的穿插交融，正是当时机器人范畴的重要发展方向。

  生物进化了数亿年才铸就了昆虫的“完美”形体，而工程师们现在正试图用最先进的科学技能，去重现这种“完美”。这是一条充溢应战，但也充溢幻想力的路途。

  从蒸汽机到电动机，从家用电器到数字操控机床，机器的进化史便是一部动力体系的进化史。现在，跟着 BHMbot 等微型机器人的呈现，这种进化正在向微观标准延伸。它预示着，咱们终有一天能造出比美乃至逾越昆虫的“微型工人”，打造由很多智能微型机器人组成的国际，它们或协同，或自治，履行着各种精密而杂乱的使命，服务于人类社会的方方面面。

  现在，这个愿望还停留在科幻的幻想中，但 BHMbot 的诞生或许现已迈出了要害的第一步。这项突破性的研讨，展示了昆虫机器人范畴的巨大潜力，也为微型动力体系和操控技能指明晰新的方向。它带给咱们的，不只是技能上的惊喜，更是对微观国际的新幻想。

  咱们信任，跟着渐渐的变多的科学家投身到这一范畴，仿生微型机器人必将在不远的未来，成为推进科技革新的重要力气。让咱们拭目而待，等待这些机械“昆虫”发明更多奇观。

  [2]北京航空航天大学新闻网.《Nature Communications》刊发北航闫晓军教授团队在机器昆虫方面的最新研讨成果

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