美國DARPA支持研發微型機器人，用于救災或在高風險環境執行任務

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布將支持若干研究項目，以開發可用于救災或在高風險環境執行任務的微型機器人。

設想發生自然災害的場景，例如地震，對建筑物及構筑物、關鍵設施和基礎設施造成廣泛破壞，并威脅到人類安全。能在廢墟中航行并進入高度不穩定的地區的能力，對于拯救生命或探測殘骸中存在的其他危險是非常寶貴的。與機器人合作來評估高風險場景和環境，可以幫助增加成功搜救和開展恢復工作的可能性，同時最小化人類團隊可能面臨的風險。

“無論是在自然災害場景、搜救任務、危險環境，還是在其他緊急救援情況下，機器人都有可能提供急需的幫助和支持?！泵绹鴩啦扛呒壯芯坑媱澗郑―ARPA）微系統技術辦公室(MTO)項目經理羅納德·波爾卡威奇（Ronald Polcawich）博士說，“然而，對于大型機器人平臺來說，有許多環境是無法進入的。更小的機器人系統可以提供重要的幫助，但要縮小這些平臺需要在基礎技術方面取得重大進步?！?/p>

微電子機械系統（MEMS）、附件制造、壓電驅動器和低功耗傳感器的技術進步，使研究人員得以擴展到微型機器人領域。然而，由于技術上的障礙，這些平臺缺乏動力、導航和控制能力來熟練地完成復雜的任務。

為了幫助克服創建受極端交換（SWaP）限制的微機器人的挑戰，DARPA正在啟動一個名為短程自主微型機器人平臺（簡稱SHRIMP）的新項目。SHRIMP的目標是開發論證用于自然和關鍵災難場景的多功能微型機器人平臺。為了完成這一使命，SHRIMP將探索驅動器材料和結構以及蓄電池組件的基礎研究，這兩者都是創造多用途微型機器人平臺的強度、靈活性和獨立性所必需的。

驅動器技術可極大影響機器人平臺的移動性、承載能力和靈活性等性能。在SHRIMP項目中，研究人員將努力超越目前最先進的技術，開發出優先考慮力的產生、效率、強度重量比以及最大工作密度的驅動器材料和結構。

“驅動器的強度重量比影響微型機器人平臺的承載能力和耐久性，而最大工作密度則體現驅動器結構執行高強度任務或在預期時間內工作的能力?！辈柨ňS奇（Polcawich）說，“在驅動器結構和材料方面取得重大進展，將極大地影響我們開發能在現場執行復雜任務的微型機器人平臺的能力?！?/p>

除了先進的驅動器技術，SHRIMP還致力于開發高效的蓄電池組件和功率轉換電路。大多數微型機器人平臺依靠系繩電纜進行驅動、處理或控制，并受到能源效率低的驅動技術和有限的儲能設備的嚴重限制。由于SHRIMP旨在創造獨立運行的復雜微型機器人，因此創造緊湊型電源和轉換器可以支持高壓驅動機制并顯著減少電池消耗變得至關重要。因此，SHRIMP項目將探索能夠以幾十赫茲頻率工作的功率轉換器基礎研究、具有極高效率以及高能量密度和高比能電池技術。

“微米到毫米尺寸的（機器人）平臺為推動開發高效、多功能微電子技術的發展提供了獨特的機會，”波爾卡維奇（Polcawich）說，“雖然SHRIMP項目的目標是開發小型、獨立的機器人平臺，但預計通過我們的驅動器和電源存儲研究所取得的成果，可能會對目前受到這些技術挑戰限制的許多領域有益——從假肢到光學轉向裝置?！?/p>

雖然先進的驅動器和電源技術將有助于極大地推進該領域發展，但它們只是開發微型機器人挑戰的一部分?！皹O端交換（SWaP）最小化工程是一項多樣化的任務，必須考慮這些因素，但也要考慮設計高性能微系統所需的機械、電氣和熱量因素?！辈柨ňS奇說。

研究人員將進一步挑戰將基礎研究工作與解決工程問題相結合，以開發和演示多功能微型機器人平臺，提供無約束的機動性、可控性和靈活性。SHRIMP平臺將采用美國國家標準與技術研究院（NIST）機器人測試設施中采用的許多相同原理進行評估，該設備已經適用于微型機器人平臺。為了確定潛在的現場效用，每個參與團隊將參加嚴格的評估以測試平臺的機動性、在平面和傾斜表面的可控性、承載能力、速度和其他能力。