前沿 | 蛤？机器人两栖，只差上天啦！

一. 引言

相信大家听说过会游泳会走路的机器人，那既能在陆地上行走，也能在水面上划行，还可以在水底运动的水陆两栖微型机器人你见过吗？哈佛大学的陈宇峰博士最近在《Nature Communications》上发表《Controllable water surface to underwatertransition through electrowetting in a hybrid terrestrial-aquatic microrobot》一文，介绍了这个厉害的水陆两栖微型机器人▼。在陈博士之前也有不少根据蟑螂、水黾、鱼等运动特性研究出的仿生机器人，但这些机器人通常要比仿生动物大100倍，重100-1000倍，并且很难达到同时在水上和陆地行走的要求。

这个水陆两栖微型机器人是在哈佛大学动态微型机器人HAMR（Harvard Ambulatory MicroRobot）基础上进行改造，是一个仅重1.65g可携带1.45g载荷、装有4个EWP（electrowettingpad ）的四脚机器人。厉害吧？是不是觉得它只差会上天啦？

机器人能自如地切换水陆模式，从陆地经过一个7°斜坡可过渡至水面上，下沉至水底后又可通过6°斜坡过渡到陆地，整个水陆模式转换用时不到两分钟。在陆地上行走时机器人像一个小蟑螂，利用四肢协调摆动，向前爬行。在水面时仿生的是水上甲虫，主要是借助水面张力和张力产生的浮力承重，四肢前段还有一个小扇片，能够配合四肢划水，减小阻力，在水面划行时能达到2.8cm/s的速度。

这个机器人核心亮点是借助电润湿技术实现可控下沉，电润湿是指通过改变液体与绝缘基板之间电压，将绝缘基板由疏水性变为亲水性，从而使液体发生形变、位移的现象。主要应用有电润湿显示器▼。

电润湿片EWP是由5微米厚的铜涂在15微米厚的聚对二甲苯上制成的，聚对二甲苯是一种疏水材料，EWP通上600V的电压会使聚对二甲苯由疏水性变为亲水性，通过水润湿逐渐淹没EWP，从而使机器人下沉。这个形状酷似莲花的EWP不通电压时，约1cm的直径可以增大水面张力，使机器人立于水面，通电后又能控制机器人下沉。莲花式结构在下沉时▼还有降低水面张力、浮力以及防止介电击穿的作用。

下沉后，机器人能平稳着地并继续在水底行走▼。由于水底阻力较大，行走的速度远低于陆地行走速度，在陆地上机器人能达到10Hz的步态，7cm/s的速度，而在水底只有4Hz的步态。并且上岸的时间也比下水的时间要长，因为在上岸过程重既要克服重力影响，也要克服水-空气交界面的阻力。

二. 应用场景

利用自由转换水陆模式的优点，这个小家伙可以用在密闭的、未知的环境，或者是大型陆地或水上机器人无法进入的环境下进行搜索和救援。虽然这是第一个实现水陆两栖的微型机器人，但是陈博士还是谦虚地认为还有很多可以改进的地方。比如在它只能存在于风平浪静、毫无干扰的情况下，否则这个不到5g的微型机器人就被海浪吞噬了，未来会考虑提高机器人的性能使其适应更复杂的环境。机器人在下水和上岸过程中需要有一个斜坡过渡，为了让其攀登更陡峭的斜坡或在没有斜坡的情况下进行水陆模式转换，未来可以研究利用静电附着力、壁虎式粘合结构或冲动跳跃机制来实现这样的模式转换。

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