01 微型机器人的动力困境

微型机器人（Micro robot）因其微小体积能进入人类无法到达的狭小空间，而被赋予广泛用于化工细小管道检测、微观运输、基础设施安全检测、人体无创诊疗等领域的愿景。尽管前景广阔，研究热度居高不下，但受体积限制，微型机器人的动力问题长期面临瓶颈，阻碍其落地应用。

过往的微型机器人主要依靠电池进行动力驱动，电池具有安静、易与电动机器人集成等优势。但对于如昆虫一般大甚至更小的微型机器人来说，受机器人本体限制，电池这种便携式的可移动电源体积也必须缩小，与之匹配。

微型电池的能量密度限制了持续供电时间和功率输出，微型电机也难以产生强劲的机械动力，这导致现有的微型机器人普遍存在负重能力差、跳跃爆发力等问题，难以胜任在复杂环境中的灵活探索任务。

面对动力困境，传统研究思路是提升电池性能，但电池与微型机器人体积之间的矛盾注定了这条路难以达到质的突破。想要释放微型机器人的全部潜力，显然需要新思路。

02 “小爆炸”大动力

近日，知名“藤校”康奈尔大学的研究团队，提出了一种创新方案——通过燃料燃烧的小规模“爆炸”，为机器人提供快速、强势的驱动力。他们设计的“爆炸式”执行器重量极轻，能为厘米级机器人提供远超电池系统20-25倍的动力供给。

装配上“微型爆炸引擎”的昆虫级机器人，身高29毫米，重量仅为1.6克，但小小的身体却有大大的能量。凭借燃烧释放的能量，微型机器人跳跃和搬运两手抓，不仅可以实现垂直跳跃59厘米，还可以搬运超自重22倍的物体，展现出惊人的运动和负重能力。

这一突破性的研究成果《Powerful,soft combustion actuators for insect-scale robots》也发表在最新一期《Science》。

03 燃烧执行器的“暴力美学”

团队设计的“爆炸式”执行器，原理是将甲烷和氧气的混合气体注入执行器的燃烧室，利用电池提供的火花将其点燃，并将以0.55毫秒的速度产生瞬间爆炸，释放巨大能量，推动执行器快速膨胀。这种重复的爆炸循环，如同微型的“活塞运动”，每秒就可以实现5次爆炸，产生高达100牛顿的力，实现140%位移，为机器人提供电池系统难以匹敌的驱动力。

执行器的核心是由两个“燃烧室”组成，重量仅为325毫克，大小仅为一枚美元硬币的四分之一，非常精巧。对于执行器来说，最难的问题是其必须处理实际的爆炸，所以执行器采用抗高温的柔性材料制造，这样重复的“爆炸”就不会对机器人造成损坏，既提高了耐久性，又增强了抗冲击能力，并且十分耐用，据研究人员估计它可以连续运行超过750000个周期（50Hz下8.5小时），而不会出现任何性能下降的问题。此外，执行器的燃烧无需复杂的阀门系统控制就可自动停止，既简化了结构，进一步压缩体积，又提高了可靠性。

执行器利用“爆炸”这一高危现象的同时，在发挥了巨大能量的同时，又将危害降低最低，从中不难看出研究人员“高效且安全”的设计思路

可以说，这种看似“暴力”的工作模式，通过构件的精密设计实现了控制和利用，燃烧反应的热量和压力被有效约束在执行器内部，在效益和安全之间达到了完美平衡，并开辟了利用高密度化学燃料为机器人提供动力的新思路。

04 昆虫级微型机器人“大显神通”

基于“爆炸引擎”，研究团队制造了一款四足昆虫级微型机器人。这款1.6克重的微型机器人却蕴含着大能量，不仅能实现59厘米，是其身长20倍的跳跃高度，还可以承受自身重量22倍的负载运动，即便面对“承重冠军”蚂蚁也不逞多让，正如研究人员Shepherd说的那样：“这是接近昆虫水平的性能，不仅跳得高，跑得快，并且能承受很大的负载。”

机器人前脚和后脚的上方的动力器，能独立为四足机器人的两个脚垫充气，从而实现对定向运动的有限控制。通过控制执行器的点火时序，这种驱动系统可以实现缓慢爬行、快速奔跑、连续跳跃等运动模式，可以通过单边点火进行灵活转向，并且还能实现自动避障，满足复杂环境下的多样化任务需求。

05 结语

微型机器人最早由美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授于1959年提出，如今已成为备受市场关注和学者青睐的研究方向。以美国为代表的许多国家对进行工业狭窄空间、人体狭窄空间的微型机器人开展了大量研究，我国在此领域也有深入探索，并在医疗微型机器人等领域处于国际领先水平。

康奈尔大学提出的这项在微型机器人中应用高能“爆炸”式执行器的创新技术，无疑是机器人技术领域的一次重大突破，它开启了微机器人发展的新纪元。这项技术的核心指出在于，利于化学燃料燃烧释放的爆炸性气体膨胀，以产生瞬间的强大动力，成功赋予昆虫级机器人强大的运动能力。这一思路颠覆了长期以来微型机器人面临的动力不足问题，也攻克了电池这种传统动力系统的局限，这为各类昆虫级别的微型机器人在实际任务中的应用提供了可能。

我们可以想见，在未来，这种执行器可能会被应用于各类微型探测机器人，如地震废墟搜救、管道和坍塌建筑内部探测等。这些机器人需要在复杂环境中快速移动或跨越障碍，对动力系统的要求极高。而燃烧执行器提供的爆发力可以满足这一需求。并且这项技术还可以在其他微型机器人上进行复刻，微型机器人不一定需要腿，它可以是一只快速移动的蛞蝓，也可能是一只扑腾飞行的蜜蜂。

当然，这项技术也还有一些挑战需要解决。但可以预见，随着技术的成熟，这一颠覆性的设计理念必将推动微型机器人的进一步发展，开拓更多前所未有的应用前景。