手指控制的机器甲虫：人造肌肉加持双向反馈

昆虫一直是机器人工程师的灵感来源：体型小、动作灵活，还能钻进人类进不去的狭窄空间。这类机器人可用于空间探索、工业设备巡检，甚至搜救任务。为满足特定需求，一些研究者会把真实昆虫改造成“半机械化”的赛博格，但这种方式存在伦理争议，因此另一种做法是直接从头设计一款甲虫形态的机器人。

韩国科学技术院（KAIST）的团队正在研发一款名为 BeetleBot 的机器人，而它的外观并不是最有趣的部分。

设计 BeetleBot 时，研究人员参考了一种真实存在的甲虫——Mecynorrhina torquata，它是世界上最大的昆虫之一，原产于刚果、喀麦隆和乌干达。科学家分析了这种甲虫腿部肌肉与关节的布局，以及它在运动时这些结构如何协同工作，再把这些原理移植到机器人身上。

BeetleBot 的基本组成部分（图片来源：KAIST）

能收缩 45% 的人造肌肉

BeetleBot 的人造肌肉由液晶弹性体（LCE）3D 打印而成。这种材料的特别之处在于：受热时可以收缩、长度缩短约 45%，冷却后又恢复原状，正是依靠这一特性，机器人才能做出接近生物肌肉的动作。

加热方式也很有意思。LCE 肌肉需要升到 110 °C 才会收缩，而热量来自流经肌肉内部集成导线的电流。虽然只有肌肉部分需要加热、不必加热整个机器人，但这种机制仍需消耗相当可观的能量，这也是目前项目面临的最大挑战之一。

当然，BeetleBot 还需要人来操控。为此，研究人员开发了一块可贴附在手指上的柔性传感器贴片：手指弯曲或移动时会拉伸贴片，从而改变其电阻值。控制系统相当直接，只有四条指令——前进、左转、右转和抓取物体。

BeetleBot 的手指指令手势（图片来源：KAIST）

仿生口器夹爪与双向反馈

抓取机构同样值得一提。它借鉴了甲虫的大颚——昆虫用来抓住并固定猎物的颚状口器。BeetleBot 的夹爪与腿部一样采用 LCE 人造肌肉，但同时加装了压力传感器：肌肉收缩时夹爪合拢包住目标物体，传感器则帮助判断施加的压力大小。机器人还配备摄像头，从而实现了所谓“双向反馈”，这也是研究人员尤为自豪的一点。

该论文第一作者、成均馆大学的 Inho Kim 教授解释说：“这项工作的一项关键特性是双向反馈，它把机器人检测到的信息与用户的下一步动作联系了起来。”

换句话说，机器人与操作者之间在不断交换信息：机器人把摄像头拍到的画面实时传给人，人用相应的手势作出回应，机器人执行指令并立刻回传反馈。

在实验室测试中，BeetleBot 能够完成转弯、接近目标、抓取并将其搬运到另一处等任务。研究团队接下来的目标是提升响应速度与能效，并最终把 BeetleBot 发展为全软体机器人，以适应更多样的环境。

来源：KAIST