在卡夫卡的《變形記》裡，推銷員格里高爾某天早上醒來後變成了一隻大甲蟲。他由此遭到了家人和社會的唾棄，鬱鬱而終。如果卡夫卡今天還在的話，他可能要為自己的小說重寫一下續集了。因為對科學家們來說，昆蟲是他們製作微型仿生機器人最大的靈感來源之一。
前不久，加州大學伯克利分校 (University of California，Berkeley) 的科學家們以昆蟲的粘性腳掌為靈感，成功創造出一個具有高度靈敏性的小型軟體機器人。它能夠輕鬆地在各種複雜環境中穿梭，可以像獵豹一樣敏捷地轉向從而迅速避開意想不到的障礙物。更厲害的是，它可以在被一個 55 公斤的人類踩在腳下時倖存下來，就像一隻打不死的小強。
研究團隊認為，這款機器人可在災難性事件發生後，通過在廢墟中攜帶感測器，像蟑螂一樣快速移動，並在搜救行動中記錄和傳輸有價值的資訊。
該研究論文以 Electrostatic footpads enable agile insect-scale soft robots with trajectory control 為題，發表在近期的 Science Robotics 上。
在 2019 年的一篇論文中，該研究團隊就曾展示過一種類似小強的機器人，它可以以每秒 20 個身體長度 (約合每小時 1.5 英里) 的速度在平坦的表面上疾馳而過，相當於真的蟑螂可以達到的速度，也是目前像昆蟲一樣的仿生機器人中最快的速度。
加州大學伯克利分校 (UC Berkeley) 機械工程教授林立偉 (Liwei Lin) 說，「 我們最初的機器人可以非常迅速地移動，但卻無法控制它是向左還是向右轉。而且很多時候它會隨機移動，因為如果製造過程中有微小的不同導致機器人不對稱的話，它就會轉向一邊。」
因此在今年，這個團隊帶領著升級版的 「小強機器人」 回來了。
在最新研究中，研究小組在機器人上增加了兩個靜電腳掌。這個想法來自於許多昆蟲的粘性腳掌。正如《變形記》所描述的一樣，它們可以迅速爬上牆壁，倒在天花板上行走，從而在沒有人敢去的地方粘附在表面上。
研究小組通過一根小電線實現供電和控制，展示機器人的大部分技能。論文稱，對 「小強機器人」 的任何一個腳掌施加電壓都會增加其和表面之間的靜電，從而使機器人的腳掌更牢固地粘在表面上，並迫使機器人的其餘部分繞這隻腳旋轉。這兩個腳掌使研究人員可以完全控制機器人的軌跡，並允許機器人以超過大多數昆蟲的向心加速度轉彎。
機器人主體由彎曲的單晶片壓電薄膜結構構成，且除了帶電線的版本以外，團隊還嘗試了用電池來供電的版本。
為了展示機器人的敏捷性， 研究團隊拍攝了帶線機器人在樂高迷宮中行走的過程。這個帶著腳墊的小傢伙體型為 3 釐米乘 1.5 釐米、體重為 65 毫克。它穿過 120 釐米長的迷宮僅僅耗時 5.6 秒，遠遠超過了一般昆蟲的水平。不僅如此，這兩個小腳墊還讓機器人在轉向時有著非凡的向心加速度。在另一項實驗中，它的向心加速度達到了 28BL/S2，和獵豹幾乎相同。
史上最快的速度和向心加速度還並不能滿足研究人員的好奇心。研究人員希望進一步研究這款仿生機器人的穩健性和抗擊打能力。於是，正如《卡夫卡》小說中描寫的那樣，研究人員對機器人進行了 「無情」 的碾壓。
首先，研究團隊將一個比機器人本身重 200 倍的盒子從離地面 50 釐米處扔下，擊中了 「小強機器人」。在被盒子整個壓扁以後，「打不死的小強」 在短短 40 毫秒內迅速恢復。研究人員表示，雖然在它的移動方向發生了變化，但相對速度保持在 7.7 BL/s 沒有減弱。
不僅如此，某位體重為 55.3 公斤的研究人員還直接將腳踩在了這款機器人身上，即使這樣也沒能摧毀它強勁的 「生命力」。
另一項測試表明，帶著小腳墊的 「小強機器人」 可以在 0.29 秒內爬上 2.4 毫米高的臺階（大約是機器人高度的一半）來越過小障礙物。
為了進一步研究 「小強機器人」 在實際生活中的應用，研究人員在機器人上增加了一個商用的 180-mg 氣體感測器。它比機器人重約 2.8 倍，以檢測氣體洩漏 。之後，團隊用樂高積木製稱了一個管道，其中有一個指定的乙醇氣體洩漏點。攜帶氣體感測器的機器人可以通過九個臨時停靠點（每個停靠點 60 秒）完成設計的路線，以記錄氣體濃度路線圖。
研究人員表示，這項測試結果說明了 「小強機器人」 在實際應用中的關鍵能力，包括但不限於連線氣體感測器以進行危險的氣體檢測任務，以及連線其他感測器和攝像頭以實現感測和監視功能。
除了帶線版本的 「小強機器人」 外，這款仿生軟體機器人還配有無繩版本。
它的體型為 2.4 釐米乘 2.2 釐米，體重為 240 毫克，有效載荷為 1.66 克，包括電池和兩個光電感測器，以及一塊柔性電路板。具體來說，一個沒有攜帶任何有效載荷的無線機器人直線運動速度為 3.4 BL/s。在背上 1.66 g 載荷時，其速度下降為 1.2 BL/s。在載荷為 2.5 g 時速度進一步降低到 0.4 BL/s。
而且受昆蟲觸角導航和畏光行為的啟發，研究團隊使用兩個光敏電阻通過模擬控制方案來實現機器人的轉向功能，進行光誘導運動調節控制，可以在 36.9 秒內完成一條指定的 27.9 釐米長的 「S」 形路徑。在攜帶氣體感測器工作的情況下，無線版本的機器人可依靠電池工作 19 分 31 秒。
加州大學伯克利分校的機械工程教授林立偉（Liwei Lin）說：「如今最大的挑戰之一，是製造能匹配大型機器人動力和控制力的小型機器人。對於大型機器人來說，裝載大號電池和控制系統很簡單。但是當試著把機器人各部件不斷縮小尺寸時，這些裝置對機器人來說就變得很難攜帶，會使機器人移動得非常緩慢。」
相信隨著 「小強機器人」 的出現，人類在昆蟲類仿生機器人的道路上又邁進了一步。「打不死的小強」 會繼續給科學家們帶來源源不斷的靈感和力量。
https://robotics.sciencemag.org/content/6/55/eabe7906
