微型机器人

采用微机电系统的机器人

微型机器人(micro robot)是典型的微机电系统。世界各国已经在微型机器人的研究方面取得了不少成果。

发展

微型机器人的发展依赖于微加工工艺、微传感器、微驱动器和微结构四个方面。这四个方面的基础研究有三个阶段：器件开发阶段、部件开发阶段、装置和系统开发阶段。现已研制出直径20微米、长150微米的铰链连杆，200微米×200微米的滑块结构，以及微型的齿轮、曲柄、弹簧等。贝尔实验室已开发出一种直径为400微米的齿轮，这种发明使用在一张普通邮票上可以放6万个齿轮和其他微型器件。德国卡尔斯鲁核研究中心的微型机器人研究所，研究出一种新型微加工方法，这种方法是X射线深刻蚀、电铸和塑料膜铸的组合，深刻蚀厚度是10~1000微米。

微型机器人的发展，是建立在大规模集成电路制造技术基础上的。微驱动器、微传感器都是在集成电路技术基础上用标准的光刻和化学腐蚀技术制成的。两者之间不同的是集成电路大部分是二维刻蚀的，而微型机器人则完全是三维的。微型机器人和超微型机器人已逐步形成一个牵动众多领域向纵深发展的新兴学科，它的影响力度是相当高的。

行走结构

微型机器人要有自动行走(或爬行)的能力，就必须有行走机构。微机器人的行走机构主要有：

①轮式行走机构，只适宜在较平坦的地面上行驶。

②履带式行走机构，可以在不平坦的地面上行驶。

③用脚行走，用得最多的是四脚和六脚的行走机构，如要求在不平坦的地面上行走，则机构较复杂。

④靠惯性或自动伸缩的步进蠕动式行走机构。

⑤在液体中用螺旋桨或其他方式推动前进的驱动机构。

分类

开发的微型机器人有以下三大类：

(1)固定型微型机器人。其外观像石头、树木、花草，装有各种微型传感器，可以探测出人体的红外辐射、行走时的地面振动、金属物体移动造成的磁场变化等，并将信号传送到中央指挥部，指挥部可控制防御区内的武器自动发起攻击。

(2)机动式的微型机器人。它们装备有太阳能电池板和计算机，可以按照预定程序机动进入敌人阵地与敌人同归于尽。

(3)生物型微型机器人。研究将微型传感器安装到动物或昆虫身上，构成微型生物机器人，使其进人人类无法到达的地方，执行战斗或侦察任务。

鉴于微型机器人巨大的技术潜力和应用前景，美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(NASA/JPL)和DARPA合作，从1996年起制定出一系列计划，进行空间和军用微型机器人的研究开发。例如，火星漫游微型机器人Sojourner于1997年7月在火星着陆，长60 em，高和宽分别为30 C1TI，自重约为11 kg，装有摄像机和多种传感器等。

应用

微型机器人可以在原子级水平上工作。例如，外科医生能够遥控微型机器人做毫米级视网膜开刀手术，在眼球运动的条件下，切除弹性视网膜或个别病理细胞，接通切断的神经；在患者体内或血管中穿行，一旦发现癌细胞就立即把它们杀死以及刮去主动脉上堆积的脂肪等；可以将微型机器人胃镜放进胃内对胃进行全面检查。

微型机器人还可以用于精密制造业的加工，用它制造存储量更大的电脑存储芯片，以及加工精度极高的“超平面磨床”等。微型机器人的作业能力达到了分子、原子级水平，已远远超过了艺术家在头发丝上作画的程度了。

应用微型机器人技术，可以使各种各样的航天测量变得更为轻巧，磁带录音机之类的家用电器也会变得更加小巧和多用，电视屏幕可以做得又大又薄，其上各点的光亮度，是直接可以用微型机器人自动控制的。微型机器人也将使机械学发生一场革命。

微型和超微型机器人的应用领域非常广阔，它可以用于航海、农业、通信、航空航天、家庭和医疗等方面。例如：扔下成千上万个微型机器人去咀嚼轮船底部的贝类和苔藓，能节省航行能源；将成千上万个微型机器人撒在庄稼地内，让它们去咬死害虫，减少农业的损害使之有好收成；飞行微型机器人载着湿度仪和红外传感器在田野上飞翔，当发现农田有干旱现象时，便降落在灌溉系统的阀门上，将干旱信息传输给传感器，打开阀门，定量灌溉农田。

微型机器人可以携带摄像机和微型光纤，进人人类无法到达的地方去察环境，存储或传输图像。当地下电缆断了以后，让数万个微型机器人沿着电缆爬行，爬到断头时，便让“双手”搭在前端断头上，于是微型机器人便成为连接导线，永久留在电缆上。

微型机器人可以清洁、修理空间望远镜，检查宇宙飞船热屏蔽罩，给飞机机罩除冰。如果将大量的飞行微型机器人部署在其他星球上，机器人则可以发回各种所需的信息。

除了上面的功能之外，微型机器人每天晚上还可以在商店和仓库附近放哨，防止盗窃者进入，并且，微型机器人还可以在住房隐蔽处除尘，进人家用电器内部检查和维护。

2020年8月，来自南加州大学的研究人员发明了一款酒精驱动的微型昆虫机器人，在解决微型机器人能量来源问题上提供了全新思路，朝着研发完全自主微型机器人的目标迈进了重要的一步。

2022年9月，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的纳米工程师已开发出抗肺炎微型机器人。该研究结果发表在9月22日的《自然·材料》上。

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