研究人员创造了一种新型的微型3D打印机器人，通过利用压电执行器，超声波源甚至微型扬声器的振动来移动。成群结队的这些“微鬃机器人”可能会共同感知环境变化，移动材料 - 或者有一天可能会修复人体内部的伤害。
原型机器人根据其配置响应不同的振动频率，允许研究人员通过调整振动来控制各个机器人。大约两毫米长 - 大约是世界上最小的蚂蚁的大小 - 机器人可以在一秒钟内覆盖自己长度的四倍，尽管它们体积小的物理限制。
佐治亚理工学院电气与计算机工程学院助理教授 Azadeh Ansari说：“我们正在努力使技术更加强大，我们有很多潜在的应用 。” “我们正在从事力学，电子学，生物学和物理学的交叉。这是一个非常丰富的领域，并且有很多多学科概念的空间。“
描述微鬃毛疙瘩的论文已被接受在Micromechanics和Microengineering杂志上发表 。这项研究得到佐治亚理工学院电子和纳米技术研究所的种子基金的支持。除了安萨里，研究团队还包括乔治W.伍德拉夫机械工程学院副教授Jun Ueda和研究生DeaGyu Kim和Zhijian(Chris)Hao。
微刷毛机器人由粘合在聚合物主体上的压电致动器组成，该聚合物主体使用双光子聚合光刻(TPP)进行3D打印。执行器产生振动并由外部供电，因为没有电池足够小以适应机器人。振动还可以来自机器人移动的表面下方的压电振动器，超声波/声纳源，或甚至来自微型声学扬声器。
为了进行尺寸比较，便士旁会显示一个微鬃毛机器人。 (图片：Allison Carter / Georgia Tech)
为了进行尺寸比较，便士旁会显示一个微鬃毛机器人。(图片：Allison Carter / Georgia Tech)
振动使弹性腿向上和向下移动，推动微型机器人前进。每个机器人都可以根据腿部尺寸，直径，设计和整体几何形状设计，以响应不同的振动频率。振动的幅度控制微型机器人移动的速度。
“随着微鬃机器人上下移动，垂直运动通过优化腿的设计转化为定向运动，看起来像刷毛，”安萨里解释说。“微型机器人的腿部设计有特定的角度，允许它们在一个方向上弯曲和移动，以响应振动。”
使用TPP工艺在3D打印机中制造微刷毛机器人，TPP工艺是聚合单体树脂材料的技术。一旦被紫外光照射的树脂块部分化学显影，剩余部分就可以被冲走，留下所需的机器人结构。
“这是写作而不是传统的平版印刷术，”安萨里解释说。“你留下了用激光写在树脂材料上的结构。这个过程现在需要一段时间，因此我们正在研究如何扩展它以一次制造数百或数千个微型机器人。“
一些机器人有四条腿，而其他机器人有六条腿。第一作者DeaGyu Kim制作了数百个微小的结构来确定理想的配置。
使用材料锆钛酸铅(PZT)的压电致动器在施加电压时振动。相反，当它们被振动时，它们还可以用于产生电压，当它们被外部振动致动时，微鬃机器人可以用来为板载传感器供电。
安萨里和她的团队正在努力通过将两个稍微不同的微鬃毛机器人连接在一起来为机器人增加转向能力。因为每个连接的微型机器人将响应不同的振动频率，所以可以通过改变频率和振幅来控制该组合。“一旦你拥有一个完全可操纵的微型机器人，你可以想象做很多有趣的事情，”她说。
安萨里指出，其他研究人员致力于利用磁场产生运动的微型机器人。虽然这对于一次移动整个群体很有用，但是磁力不能轻易用于解决群内的个体机器人。安萨里和她的团队创造的微型机器人机器人被认为是由振动驱动的最小的机器人。
微刷机器人长约2毫米，宽1.8毫米，厚0.8毫米，重约5毫克。3D打印机可以生产更小的机器人，但质量减小，微小设备和表面之间的附着力会变得非常大。有时，微型机器人不能与用于拾取它们的镊子分开。
安萨里和她的团队已经建立了一个“游乐场”，当研究人员更多地了解他们可以做什么时，多个微型机器人可以在其中移动。他们也有兴趣开发可以跳跃和游泳的微型机器人。
“例如，我们可以看看蚂蚁的集体行为，并将我们从中学到的东西运用到我们的小机器人身上，”她补充说。“这些微型鬃毛机器人在实验室环境中行走得很好，但在他们进入外部世界之前我们还有很多工作要做。”