幾年前，我們就我們所見過的最小四足機器人寫過一篇文章——它只有20毫米長，臀部距離地面高度為5.6毫米，重量約為1.6克。來自馬里蘭大學(xué)Sarah Bergbreiter實驗室的設(shè)計師Ryan St. Pierre向我們展示了一個比它還要小的、重量僅有100毫克的機器人的圖片。當(dāng)我們在2016年的IEEE機器人與自動化國際會議（ICRA2016）上看到這些東西時，我們問了Ryan關(guān)于更小尺寸機器人的問題：

“嘗試讓機器人盡可能小，這總是一個有趣的挑戰(zhàn)。”他告訴我們。“目前，我正在制作一個相同設(shè)計的但將僅有2.5毫米長的機器人，其尺寸比我們在ICRA上展示的那些機器人小了一個數(shù)量級。更小的機器人可以更容易地到達大型機器人無法到達的地方，而且，開發(fā)出各種尺寸的機器人將能增加機器人的用武之地。“

事實證明，縮小一個數(shù)量級還不夠牛。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)了一些運動中的該機器人的視頻，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器人和螞蟻放在一起對比的圖片——螞蟻本身并不特別大，只有幾厘米長，而微型機器人的尺寸是2.5毫米×1.6毫米×0.7毫米。這個設(shè)計是基于像RHex這樣的旋轉(zhuǎn)腿機器人，它的質(zhì)量是微型四軸飛行器的100多萬倍。這款機器人的設(shè)計基于類似于Rhex的旋轉(zhuǎn)腿式機器人，而Rhex的質(zhì)量是它的100多萬倍。

與它的前輩一樣，這款機器人太小了，無法使用傳統(tǒng)的電機或電子產(chǎn)品來制作。它的腿由外部磁場控制，磁場作用在嵌入機器人臀部的微小立方體磁體上。旋轉(zhuǎn)的磁場使磁體旋轉(zhuǎn)，可以高達150Hz速度驅(qū)動其腿運動。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騰躍式步態(tài)，不過，通過稍微調(diào)整一下這些磁體，可以實現(xiàn)其他步態(tài)。最高速度達到了令人印象深刻的37.3 mm/s，即每秒移動14.9個機身長度，而且，令人有些驚訝的是，這款機器人的耐久性似乎相當(dāng)強大——它被測試了100萬個驅(qū)動周期，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)于這款機器人更多的信息，包括這樣的機器人有何實際的用途。

圖片來源：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毫克的機器人，與干燥處理后的子彈蟻（Paraponera clavata）頭部的對比照片。

IEEE Spectrum：你的機器人與其他微型有腿機器人相比如何？

Ryan St. Pierre：（我們的論文介紹的）這款機器人是最小最快的用腿移動的微型機器人之一。還有其他更小的微型機器人，但它們通常不使用腿作為移動方法。這項工作也有助于去理解毫克級機器人和生物的運動動力學(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于彼此的方向來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)。在后來的迭代中，我使用了一種小跑步態(tài)，是通過使對角線磁體的方向相似來實現(xiàn)的。當(dāng)涉及在平滑和粗糙的地形上運動時，選擇怎樣的步態(tài)最終是一個重要的問題，甚至可能在遇到不同的地形時，需要改變步態(tài)，而這是目前無法通過磁力驅(qū)動實現(xiàn)的。

IEEE Spectrum：這種尺寸的四足機器人有什么潛在的用途？

Ryan St. Pierre：這項工作最直接的應(yīng)用是理解毫克級機器人和生物的腿式運動的動力學(xué)，并建立關(guān)于螞蟻如何奔跑的更有代表性的物理和計算模型。對毫克級運動基本原理的更好理解將最終為這些小尺寸自主機器人的設(shè)計和控制提供依據(jù)。

IEEE Spectrum：有可能讓機器人變得更小嗎？變得更小會有什么好處和挑戰(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)動帶來了挑戰(zhàn)。首先，關(guān)節(jié)中的摩擦力將是個大問題，需要更大的扭矩來旋轉(zhuǎn)腿，這使得運動效率降低。話雖如此，要想把機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動策略。但是，縮小尺寸、并使用相同的設(shè)計和驅(qū)動技術(shù)，也將有助于我們深入了解陸地生物的腿部運動，解開運動的基本限制之謎，并可能讓我們得以了解生物系統(tǒng)中的進化壓力。