软性微型燃烧致动器可释放爆发性的机器人运动潜能

靠燃烧燃料驱动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研究小组所指出的那样，如今的电池很重，携带的能量也不多--因此电动执行器的性能是有限的。

如果改用高能量的化学燃料，这些限制就会更高，因此研究小组开始设计一种新型的快速、高频机器人致动器，其运行方式与普通内燃机非常相似。

这些微型致动器的直径约为 5 毫米（0.2 英寸），能将甲烷和氧气吸入一个 0.09 毫升的简易燃烧室，并用火花将其点燃。燃烧室顶部覆盖着一层高弹性硅胶龙皮膜，它的作用有点像汽车发动机中的活塞，在燃料燃烧时伸展开来以扩大燃烧室的容积，然后迅速复原，将废气从侧面的小孔中排出。

小型发动机在燃烧室上使用一层柔性膜，点火时膜会向外膨胀，然后卡回原位 图/康奈尔大学

这一切发生得非常快，但最终的结果是：撞击越大，薄膜弹出越多。这些致动器可以应对腔体体积膨胀高达 140% 的撞击，其作用力超过 9.5 N，而且速度很快，如果需要，可以以每秒超过 100 次的频率工作。

康奈尔大学的研究小组将这些小型燃烧致动器的三维打印原型嵌入到一个微型刚性四足青蛙机器人的脚垫上方，这样，只要某个致动器的薄膜弹出，脚就会被向下推。他们设计了一种控制方案，可以改变致动器的火花频率、燃料等效比和燃料流量，然后将这些控制与两条左腿和两条右腿的控制结合起来，然后开始观察他们能让机器人做什么。

他们成功地让机器人以振动步态向前爬行，并在不同高度向前跳跃，包括跳到更高的表面上。他们在旋转的基础上创造了一种蛇形前行步态，并让它在现场顺时针或逆时针旋转。

为了证明致动器的爆发力，他们让机器人在空中跳了 56 厘米（1.8 英尺），令人印象深刻，他们还演示了机器人可以在各种不同的固体、高摩擦力、低摩擦力和松散的表面上移动。他们还为机器人装载了 32 克重的货物（超过机器人自身重量的 22 倍），并证明他们仍然可以控制机器人的运动。

最后，当需要进行超快速运动时，这些小执行器可以为机器人专家提供一个方便的额外选择--试想一下，如果阿特拉斯能够为其腿部液压系统提供爆炸性辅助，或者以燃烧为动力打出一拳，那该有多好。

这项研究发表在《科学》杂志上。请看下面的视频。