近日，一组国际研究团队开发了一种基于昆虫导航策略的自主导航系统，用于微型轻量级机器人。这一创新不仅在微型机器人领域引起了广泛关注，也为未来在搜索与救援、农业和医疗等多个领域的应用奠定了基础。

研究背景

昆虫在导航和运动方面表现出色，尽管它们的大脑相对简单，却能够在复杂环境中高效地完成各种任务。受此启发，研究人员希望通过模仿昆虫的导航策略，解决微型机器人在复杂环境中自主导航的难题。南方科技大学（SUSTech）的王宏强教授团队，借鉴昆虫肌肉的结构和功能，开发了新型电动致动器，实现了微型机器人的灵活运动和高精度操控。

关键技术与实现

这项研究的核心在于利用电动致动器替代传统的电磁致动器。电动致动器通过电极间的静电力来移动薄膜，模拟昆虫肌肉的运动方式。这种致动器不仅轻便且功率强大，还具备高度的可控性和可扩展性。研究人员成功地在毫米级别上实现了这种致动器的应用，使其能够在微型爬行机器人中发挥作用 。

为了验证这一技术，研究团队制作了几种微型机器人原型，包括模仿蚯蚓运动的微型爬行机器人和模仿肠道蠕动的微型医疗机器人。这些机器人在狭窄空间中的灵活性和耐久性使其能够在灾后搜救和医疗检查中发挥重要作用。例如，微型爬行机器人可以在建筑物倒塌后狭窄的管道中移动，获取救援现场的图像信息，而微型医疗机器人则可以在体内执行微创手术。

实验与应用

在实验中，这些微型机器人展示了强大的性能。例如，华盛顿州立大学（WSU）的研究团队开发的机器人采用形状记忆合金（shape memory alloys）作为致动器，这些合金线仅有1/1000英寸粗细。当通电后，合金线能够迅速加热和冷却，使机器人每秒钟可以拍打翅膀或移动足部高达40次。在测试中，这种致动器能够提升自身重量的150倍以上。

此外，利物浦大学的研究团队开发了一种“虫群算法”，用于微型飞行机器人群体的自主导航。实验中，研究人员将带有摄像头的30克商用无人机送入室内环境模拟灾后搜救情景。在短短六分钟内，一群六架无人机探索了80%的开放区域，并成功找到模拟受害者的位置。该算法通过无线通信芯片实现机器人之间的信号强度传递，使其在环境中有效避障并导航。

未来展望

这种基于昆虫启发的自主导航策略为微型机器人的未来应用打开了新局面。研究人员表示，进一步改进材料、设计和控制方法，可以使电动致动器在性能上赶超传统的电磁致动器。这些改进将使微型机器人在更多领域实现高效应用，包括农业自动化、环境监测和生物医学工程。

昆虫启发的导航策略不仅为微型机器人的设计提供了新的思路，也为解决当前机器人技术中的一些关键难题提供了潜在的解决方案。随着技术的不断进步和多学科的协作，这些微型机器人将在未来发挥越来越重要的作用，为各种复杂任务提供高效且灵活的解决方案。