毫无疑问，对机器人最重要的限制之一就是力量。大多数机器人都需要很多，它必须来自某个地方，而那个地方通常是一个电池，因为根本没有很多其他好的选择。
但是，电池因能量密度低而闻名，而机器人越小，问题就越多中国机械网okmao.com。电池的问题不仅限于电池本身，还涉及将存储的能量转化为有用功所需要的所有其他组件，这对于小型机器人来说也是一个特别的问题。
在本周在《科学机器人》杂志上发表的一篇论文中，来自南加州大学洛杉矶分校的研究人员展示了RoBeetle，它是一款88毫克的四足机器人，完全依靠高密度的液态燃料甲醇运行。完全没有任何电子设备，它利用了非常巧妙的机械自主性，可以将甲醇蒸气直接转化为向前运动，每次步进一个毫米长。
从视频中还不能完全清楚机器人实际上是如何工作的，所以让我们研究一下它是如何组装的，然后看一下驱动周期。
甲醇驱动的机器人甲虫
RoBeetle（A）使用基于甲醇的致动机制（B）。机器人的身体（C）包括油箱组件（D），油箱盖，变速箱和滑动百叶窗（E），滑动百叶窗（F）的底面，镍钛铂复合金属丝和板簧（G ），以及前腿和后腿都带有受生物启发的后向爪（H）。
RoBeetle的主体是一个方形的燃油箱，您可以通过在燃油进口孔中刺入注射器来填充甲醇。它是一个四足的或多或少的车，固定的后腿和两个前腿连接到单个变速箱上，使它们同时以向前和向后摇摆以及向后和向下运动的方式一次移动。
传动装置钩在片簧上，该弹簧张紧后总是向后拉动腿，这样在不致动机器人时，弹簧和传动装置的前腿或多或少保持垂直，并允许机器人站立。这些角主要用于将板簧固定在适当的位置，但它们也没有钩子，也可以用来装东西。
执行器本身是镍钛（NiTi）形状记忆合金（SMA），它只是一根导线，当加热时会变长，而在冷却时会回缩。SMA非常普遍，可用于各种用途，但是使这种特殊SMA与众不同的是它的表面杂乱地涂有铂。“混乱”部分很重要，原因是我们很快就会知道。
滑动通风口固定在变速箱上的方式是该机器人的真正聪明之处，因为这意味着金属丝本身的运动用于调节通过纯机械系统的燃料流量。本质上，它是同时执行器和传感器。
SMA线材的一端连接到板簧的中间，而另一端则延伸到机器人背面的上方，并在此处装订到机器人后端的固定块上。在SMA线钩住但未启动（即冷而不是热）的情况下，它足够短，以使片簧被拉回，从而使支腿向前和向上摇摆。
最后一个组件嵌入在机器人的后部，就沿着脊柱，并直接位于SMA执行器的下面。它是连接至变速箱的滑动通风孔，因此，当SMA线材冷且将板簧拉回时，该通风口打开；
而当SMA线材较热且板簧松弛时，该通风口关闭。滑动通风口固定在变速箱上的方式是关于该机器人的真正巧妙之处，因为这意味着金属丝本身的运动用于调节通过纯机械系统的燃料流量。本质上，它是同时执行器和传感器。
导致机器人行走的致动周期从充满油箱和冷SMA钢丝开始。弹簧片上有张力，将变速箱向后拉，使支腿向前和向上摇摆。变速箱还将滑动通风口拉到打开位置，使甲醇蒸气向上逸出燃油箱并进入空气，然后在该空气中飘过直接在通风口上方延伸的SMA丝。
铂促进了甲醇（CH 3 OH）与空气中的氧气的反应（燃烧，尽管不是剧烈的燃烧和爆炸性反应），以生成一对水分子和一些二氧化碳以及一束热，这是杂乱的铂涂层很重要，因为杂乱意味着铂的表面积很大，以便与尽可能多的甲醇相互作用。
只需一到两秒钟，SMA焊丝的温度就会从50到100oC并展开，使板簧松弛约0.1 mm。随着板簧的松弛，传动装置使腿向后和向下移动，并且机器人将自身向前拉大约1.2毫米。
同时，变速箱正在关闭滑孔，从而切断了甲醇蒸气的供应。没有蒸汽与铂反应并产生热量，在大约一分半的时间内，SMA焊丝冷却下来。这样做时，它会收缩，拉紧板簧并重新开始循环。最高速度为0.76 mm / s（每秒0.05体长）。
有趣的环境影响是，微风可以提高机器人的速度。这是因为在SMA丝上流动的空气将其冷却得更快一些，同时还从排气孔周围吹走了残留的甲醇，从而更彻底地关闭了反应。RoBeetle可以携带的燃料超过其自身的重量，并且一整箱甲醇完全蒸发大约需要155分钟。值得注意的是，尽管甲醇的能量密度很高，但这实际上是为机器人供电的一种极其低效的方式，估计端到端效率仅为0.48％。请注意，不是48％，而是0.48％，而一般来说，用电为SMA供电更有效。
但是，您必须查看提供电力所必需的整个系统，对于像RoBeetle这样小的机器人，研究人员说这基本上是不可能的。最轻的市售电池和电源可提供足够的汁液来加热SMA执行器，重约800毫克，几乎是RoBeetle本身总重量的10倍。从这个角度来看，RoBeetle的效率实际上是相当不错的。
甲虫
各种使用不同功率和驱动策略的不受束缚的微型机器人和受生物启发的软机器人的比较。
我们应该提到RoBeetle还有其他缺点-它只能向前移动，不能向后移动，也不能操纵。它的速度不可调节，一旦开始行走，它将一直行走，直到其破裂或燃料耗尽。研究人员至少对速度有一些想法，指出通过使用加压液体燃料（例如丁烷或丙烷）来提高燃料输送的速度会增加执行器的输出频率。
SMA本身的频率，幅度和效率可以“通过将多根纤维状的人造细肌肉按类似于在基于肌节的动物肌肉中观察到的层次结构进行排列”来大大提高，从而使RoBeetle变得更像甲虫。
至于传感，RoBeetle的230毫克有效载荷足以承载无源传感器，但是要使这些传感器与机器人本身进行有效交互以实现任何种类的自治仍然是一个挑战。
不过，机械智能当然是可能的，并且我们可以想象RoBeetle采用JPL希望用于金星探测的发条漫游车所提出的某些相同类型的系统。研究人员还提到RoBeetle如何潜在地成为能够进行空中运动的微型机器人的模型，这是我们非常希望看到的。
“一位88毫克昆虫大规模自主爬行机器人通过催化人造肌肉驱动”，由秀峰杨，张龙龙和内斯托尔O.佩雷斯·阿兰西维亚从南加州大学，洛杉矶，发表在科学机器人。