美國DARPA支持研發(fā)微型機器人，用于救災(zāi)或在高風險環(huán)境執(zhí)行任務(wù)

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布將支持若干研究項目，以開發(fā)可用于救災(zāi)或在高風險環(huán)境執(zhí)行任務(wù)的微型機器人。

設(shè)想發(fā)生自然災(zāi)害的場景，例如地震，對建筑物及構(gòu)筑物、關(guān)鍵設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施造成廣泛破壞，并威脅到人類安全。能在廢墟中航行并進入高度不穩(wěn)定的地區(qū)的能力，對于拯救生命或探測殘骸中存在的其他危險是非常寶貴的。與機器人合作來評估高風險場景和環(huán)境，可以幫助增加成功搜救和開展恢復(fù)工作的可能性，同時最小化人類團隊可能面臨的風險。

“無論是在自然災(zāi)害場景、搜救任務(wù)、危險環(huán)境，還是在其他緊急救援情況下，機器人都有可能提供急需的幫助和支持?！泵绹鴩啦扛呒壯芯坑媱澗郑―ARPA）微系統(tǒng)技術(shù)辦公室(MTO)項目經(jīng)理羅納德·波爾卡威奇（Ronald Polcawich）博士說，“然而，對于大型機器人平臺來說，有許多環(huán)境是無法進入的。更小的機器人系統(tǒng)可以提供重要的幫助，但要縮小這些平臺需要在基礎(chǔ)技術(shù)方面取得重大進步?！?/p>

微電子機械系統(tǒng)（MEMS）、附件制造、壓電驅(qū)動器和低功耗傳感器的技術(shù)進步，使研究人員得以擴展到微型機器人領(lǐng)域。然而，由于技術(shù)上的障礙，這些平臺缺乏動力、導(dǎo)航和控制能力來熟練地完成復(fù)雜的任務(wù)。

為了幫助克服創(chuàng)建受極端交換（SWaP）限制的微機器人的挑戰(zhàn)，DARPA正在啟動一個名為短程自主微型機器人平臺（簡稱SHRIMP）的新項目。SHRIMP的目標是開發(fā)論證用于自然和關(guān)鍵災(zāi)難場景的多功能微型機器人平臺。為了完成這一使命，SHRIMP將探索驅(qū)動器材料和結(jié)構(gòu)以及蓄電池組件的基礎(chǔ)研究，這兩者都是創(chuàng)造多用途微型機器人平臺的強度、靈活性和獨立性所必需的。

驅(qū)動器技術(shù)可極大影響機器人平臺的移動性、承載能力和靈活性等性能。在SHRIMP項目中，研究人員將努力超越目前最先進的技術(shù)，開發(fā)出優(yōu)先考慮力的產(chǎn)生、效率、強度重量比以及最大工作密度的驅(qū)動器材料和結(jié)構(gòu)。

“驅(qū)動器的強度重量比影響微型機器人平臺的承載能力和耐久性，而最大工作密度則體現(xiàn)驅(qū)動器結(jié)構(gòu)執(zhí)行高強度任務(wù)或在預(yù)期時間內(nèi)工作的能力?！辈柨ňS奇（Polcawich）說，“在驅(qū)動器結(jié)構(gòu)和材料方面取得重大進展，將極大地影響我們開發(fā)能在現(xiàn)場執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的微型機器人平臺的能力。”

除了先進的驅(qū)動器技術(shù)，SHRIMP還致力于開發(fā)高效的蓄電池組件和功率轉(zhuǎn)換電路。大多數(shù)微型機器人平臺依靠系繩電纜進行驅(qū)動、處理或控制，并受到能源效率低的驅(qū)動技術(shù)和有限的儲能設(shè)備的嚴重限制。由于SHRIMP旨在創(chuàng)造獨立運行的復(fù)雜微型機器人，因此創(chuàng)造緊湊型電源和轉(zhuǎn)換器可以支持高壓驅(qū)動機制并顯著減少電池消耗變得至關(guān)重要。因此，SHRIMP項目將探索能夠以幾十赫茲頻率工作的功率轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)研究、具有極高效率以及高能量密度和高比能電池技術(shù)。

“微米到毫米尺寸的（機器人）平臺為推動開發(fā)高效、多功能微電子技術(shù)的發(fā)展提供了獨特的機會，”波爾卡維奇（Polcawich）說，“雖然SHRIMP項目的目標是開發(fā)小型、獨立的機器人平臺，但預(yù)計通過我們的驅(qū)動器和電源存儲研究所取得的成果，可能會對目前受到這些技術(shù)挑戰(zhàn)限制的許多領(lǐng)域有益——從假肢到光學(xué)轉(zhuǎn)向裝置?！?/p>

雖然先進的驅(qū)動器和電源技術(shù)將有助于極大地推進該領(lǐng)域發(fā)展，但它們只是開發(fā)微型機器人挑戰(zhàn)的一部分。“極端交換（SWaP）最小化工程是一項多樣化的任務(wù)，必須考慮這些因素，但也要考慮設(shè)計高性能微系統(tǒng)所需的機械、電氣和熱量因素?！辈柨ňS奇說。

研究人員將進一步挑戰(zhàn)將基礎(chǔ)研究工作與解決工程問題相結(jié)合，以開發(fā)和演示多功能微型機器人平臺，提供無約束的機動性、可控性和靈活性。SHRIMP平臺將采用美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）機器人測試設(shè)施中采用的許多相同原理進行評估，該設(shè)備已經(jīng)適用于微型機器人平臺。為了確定潛在的現(xiàn)場效用，每個參與團隊將參加嚴格的評估以測試平臺的機動性、在平面和傾斜表面的可控性、承載能力、速度和其他能力。