瑞士科學家研發6克微型機器人，輕鬆穿梭狹窄水域

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的工程師們近日研發出一款靈活的游泳機器人，能夠輕鬆穿越擁擠的水域表面。這款革命性的裝置靈感來自海洋扁形蟲，為環境監測和生態研究開闢了新的途徑。

游泳機器人在繪製汙染地圖、研究水生生態系統以及監測珊瑚礁和湖岸等敏感區域的水質方面至關重要。然而，許多現有模型依賴於嘈雜的螺旋槳，這些螺旋槳可能會干擾甚至傷害野生動物。此外，由於植物、動物和碎片等自然障礙，在這些環境中導航具有挑戰性。

為瞭解決這些問題，EPFL工程學院的軟性感測器實驗室和非穩態流動診斷實驗室的研究人員，與馬克斯·普朗克智慧系統研究所合作，開發了一款緊湊且高度機動的游泳機器人。這款機器人比信用卡還小，重量僅為6克，能夠在狹窄的空間中導航，並攜帶比自身重得多的有效載荷。其設計使其特別適合在稻田等封閉環境或檢查水上機械時使用。該研究已發表在《科學機器人》期刊上。

EPFL軟性感測器實驗室負責人Herbert Shea表示：「2020年，我們的團隊展示了自主昆蟲級爬行機器人，但為水生環境製造無纜超薄機器人是一個全新的挑戰。我們必須從頭開始，開發更強大的軟性致動器、新的波動運動策略和緊湊的高壓電子裝置。」

與傳統的螺旋槳系統不同，EPFL機器人使用靈感來自海洋扁形蟲的無聲波動鰭進行推進。這種設計結合其輕量化，使機器人能夠漂浮在水面上，並無縫融入自然環境。

前EPFL研究員、現任德國斯圖加特馬克斯·普朗克智慧系統研究所研究組組長Florian Hartmann解釋道：「我們的設計不僅僅是複製自然，它超越了自然生物所能達到的成就。」

透過以比海洋扁形蟲快10倍的速度振動其鰭，機器人可以達到每秒12釐米（2.6倍體長）的驚人速度。機器人還透過使用四個人造肌肉驅動鰭，實現了前所未有的機動性。除了向前游泳和轉彎外，它還能夠進行受控的向後和側向游泳。

為了驅動機器人，研究人員開發了一種緊湊的電子控制系統，該系統以500毫瓦的低功率向機器人的致動器提供高達500伏的電壓——比電動牙刷的功率低四倍。儘管使用了高電壓，但機器人的低電流和遮蔽電路使其對環境完全安全。光感測器充當簡單的眼睛，使機器人能夠自主檢測和跟隨光源。

研究人員設想這款機器人將在生態研究、汙染追蹤和精準農業等領域做出貢獻。下一步將涉及建立一個更強大的平臺進行現場測試。

Hartmann表示：「我們的目標是延長操作時間並增強自主性。從這個專案中獲得的基本見解不僅將推動生物啟發機器人科學的發展，還將為與自然和諧相處的實用、逼真的機器人系統奠定基礎。」

參考文獻：Florian Hartmann, Mrudhula Baskaran, Gaetan Raynaud, Mehdi Benbedda, Karen Mulleners和Herbert Shea，2025年2月19日，《科學機器人》。DOI: 10.1126/scirobotics.adr0721