软微型燃烧执行器解锁爆炸机器人运动

康奈尔大学的燃烧动力执行器赋予了这种小型青蛙机器人一些爆炸性的跳跃能力                   康奈尔大学

大多数机器人都使用电动执行器，但这个小家伙的冲击力要大得多。研究人员创造了一种新型的微型内燃机，使这种微型青蛙机器人具有爆炸性的跳跃能力和精细的运动控制。

使用燃烧燃料运行的机器人的想法似乎是上个世纪的事了，但正如康奈尔大学有机机器人实验室的一个团队所指出的，如今的电池很重，而且不携带太多能量，所以电动执行器的性能是有限的。

如果你改用高能量的化学燃料，这些限制会高得多，因此该团队着手设计一种令人着迷的新型快速、高频机器人致动器，它的运行非常像常规内燃机。

在直径约5毫米（0.2英寸）的地方，这些微小的致动器将甲烷和氧气送入一个0.09毫升的简单燃烧室，并用火花点燃。燃烧室的顶部覆盖着一层高弹性的硅胶龙皮膜，它的作用有点像汽车发动机中的活塞，当燃料燃烧时，它会向外伸展以扩大燃烧室的体积，然后迅速恢复，将废气排出侧面的微小通风口。


小型发动机在燃烧室上使用柔性薄膜，在点火时向外膨胀，然后迅速恢复原位                         康奈尔大学

这一切发生得很快，但最终结果是：爆炸越大，薄膜弹出的越多。致动器可以处理将腔室体积扩大140%的冲击，即大于9.5 N的力，而且它们也很快，如果需要，可以以每秒100次以上的频率运行。

康奈尔大学的团队将这些小型燃烧致动器的3D打印原型嵌入了一个小型刚性四脚青蛙机器人的脚垫上方，这样，每当特定致动器的隔膜弹出时，脚就会被向下推动。他们设计了一种控制方案，可以改变执行器的火花频率、燃料当量比和燃料流量，然后将这些控制耦合到两条左腿和两条右腿上，然后开始观察他们可以让机器人做什么。

他们成功地让它以振动的步态向前爬行，并在不同的高度向前跳跃，包括跳上更高的表面。他们创造了一种基于旋转的蛇形向前行走，并使其当场顺时针或逆时针旋转。

为了证明致动器的爆炸能力，他们让机器人在空中跳了56厘米（1.8英尺），并证明它可以在各种不同的固体、高摩擦和低摩擦以及松散表面上移动。他们给它装载了32克的货物重量，是机器人自身重量的22倍多，并表明他们仍然可以控制它的运动。

最后，当需要超快速移动时，这些小致动器可以为机器人专家提供一个方便的额外选择——例如，想象一下Atlas是否有能力爆炸性地辅助其腿部液压系统，或者投掷燃烧动力冲头。Eep。

来源：通过电子工程师协会频谱