幾年前，我們就我們所見過的最小四足機(jī)器人寫過一篇文章——它只有20毫米長(zhǎng)，臀部距離地面高度為5.6毫米，重量約為1.6克。來(lái)自馬里蘭大學(xué)Sarah Bergbreiter實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)師Ryan St. Pierre向我們展示了一個(gè)比它還要小的、重量?jī)H有100毫克的機(jī)器人的圖片。當(dāng)我們?cè)?016年的IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議（ICRA2016）上看到這些東西時(shí)，我們問了Ryan關(guān)于更小尺寸機(jī)器人的問題：

“嘗試讓機(jī)器人盡可能小，這總是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)。”他告訴我們。“目前，我正在制作一個(gè)相同設(shè)計(jì)的但將僅有2.5毫米長(zhǎng)的機(jī)器人，其尺寸比我們?cè)贗CRA上展示的那些機(jī)器人小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。更小的機(jī)器人可以更容易地到達(dá)大型機(jī)器人無(wú)法到達(dá)的地方，而且，開發(fā)出各種尺寸的機(jī)器人將能增加機(jī)器人的用武之地。“

事實(shí)證明，縮小一個(gè)數(shù)量級(jí)還不夠牛。相反，Ryan St. Pierre發(fā)明了一款比那還要小10倍的四足機(jī)器人：它只有1毫克重，比螞蟻的頭還小。

Ryan給我們發(fā)了一些運(yùn)動(dòng)中的該機(jī)器人的視頻，不過很難憑之想象它到底有多小。讓我們印象深刻的是把機(jī)器人和螞蟻放在一起對(duì)比的圖片——螞蟻本身并不特別大，只有幾厘米長(zhǎng)，而微型機(jī)器人的尺寸是2.5毫米×1.6毫米×0.7毫米。這個(gè)設(shè)計(jì)是基于像RHex這樣的旋轉(zhuǎn)腿機(jī)器人，它的質(zhì)量是微型四軸飛行器的100多萬(wàn)倍。這款機(jī)器人的設(shè)計(jì)基于類似于Rhex的旋轉(zhuǎn)腿式機(jī)器人，而Rhex的質(zhì)量是它的100多萬(wàn)倍。

與它的前輩一樣，這款機(jī)器人太小了，無(wú)法使用傳統(tǒng)的電機(jī)或電子產(chǎn)品來(lái)制作。它的腿由外部磁場(chǎng)控制，磁場(chǎng)作用在嵌入機(jī)器人臀部的微小立方體磁體上。旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使磁體旋轉(zhuǎn)，可以高達(dá)150Hz速度驅(qū)動(dòng)其腿運(yùn)動(dòng)。所有的磁體以相同的方向安裝在其臀部，你可以借此得到一個(gè)騰躍式步態(tài)，不過，通過稍微調(diào)整一下這些磁體，可以實(shí)現(xiàn)其他步態(tài)。最高速度達(dá)到了令人印象深刻的37.3 mm/s，即每秒移動(dòng)14.9個(gè)機(jī)身長(zhǎng)度，而且，令人有些驚訝的是，這款機(jī)器人的耐久性似乎相當(dāng)強(qiáng)大——它被測(cè)試了100萬(wàn)個(gè)驅(qū)動(dòng)周期，而“沒有明顯的磨損或性能下降的跡象”。

我們通過電子郵件采訪了Ryan St. Pierre，以了解關(guān)于這款機(jī)器人更多的信息，包括這樣的機(jī)器人有何實(shí)際的用途。

圖片來(lái)源：馬里蘭大學(xué)

這款大小為2.5毫米×1.6毫米×0.7毫米、重量為1毫克的機(jī)器人，與干燥處理后的子彈蟻（Paraponera clavata）頭部的對(duì)比照片。

IEEE Spectrum：你的機(jī)器人與其他微型有腿機(jī)器人相比如何？

Ryan St. Pierre：（我們的論文介紹的）這款機(jī)器人是最小最快的用腿移動(dòng)的微型機(jī)器人之一。還有其他更小的微型機(jī)器人，但它們通常不使用腿作為移動(dòng)方法。這項(xiàng)工作也有助于去理解毫克級(jí)機(jī)器人和生物的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)。

IEEE Spectrum：這篇論文稱，腿部磁體的方向決定了步態(tài)。為什么選擇這種騰躍式步態(tài)，以及不同步態(tài)的潛在好處是什么？

Ryan St. Pierre：可以通過選擇磁體相對(duì)于彼此的方向來(lái)物理方式地編程步態(tài)。最初，我將所有四塊磁體以相同的方向安裝（這樣手工組裝和放置磁體都更容易），制作出了騰躍式步態(tài)。在后來(lái)的迭代中，我使用了一種小跑步態(tài)，是通過使對(duì)角線磁體的方向相似來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)涉及在平滑和粗糙的地形上運(yùn)動(dòng)時(shí)，選擇怎樣的步態(tài)最終是一個(gè)重要的問題，甚至可能在遇到不同的地形時(shí)，需要改變步態(tài)，而這是目前無(wú)法通過磁力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

IEEE Spectrum：這種尺寸的四足機(jī)器人有什么潛在的用途？

Ryan St. Pierre：這項(xiàng)工作最直接的應(yīng)用是理解毫克級(jí)機(jī)器人和生物的腿式運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)，并建立關(guān)于螞蟻如何奔跑的更有代表性的物理和計(jì)算模型。對(duì)毫克級(jí)運(yùn)動(dòng)基本原理的更好理解將最終為這些小尺寸自主機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制提供依據(jù)。

IEEE Spectrum：有可能讓機(jī)器人變得更小嗎？變得更小會(huì)有什么好處和挑戰(zhàn)？

Ryan St. Pierre：當(dāng)然可以變得更小。這取決于磁性材料和機(jī)器人主體的可用制造技術(shù)。變小、使用相同類型的腿和驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。首先，關(guān)節(jié)中的摩擦力將是個(gè)大問題，需要更大的扭矩來(lái)旋轉(zhuǎn)腿，這使得運(yùn)動(dòng)效率降低。話雖如此，要想把機(jī)器人縮小到比目前的1毫克的還要小，最終可能需要改變運(yùn)動(dòng)策略。但是，縮小尺寸、并使用相同的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，也將有助于我們深入了解陸地生物的腿部運(yùn)動(dòng)，解開運(yùn)動(dòng)的基本限制之謎，并可能讓我們得以了解生物系統(tǒng)中的進(jìn)化壓力。