使用微型内燃机为小型机器人提供动力

康奈尔大学的一个机械工程师团队与以色列理工学院的一位同事合作,设计并制造了一个由内燃机驱动的微型机器人。在他们发表在《科学》杂志上的论文中,该小组描述了他们如何制造他们的微型发动机以及它的可能用途。西北大学的瑞安·特鲁比(Ryan Truby)在同一期期刊上发表了一篇《透视》文章,概述了该团队在这项新工作中所做的工作。

在过去的几十年里,机器人专家设计和制造了越来越小的机器人,目标是找到一种可用于各种独特目的的设计。几乎所有的电池都是由电池供电的。但随着此类机器人的尺寸不断缩小,使用电池技术为它们供电变得越来越困难。在这项新的努力中,研究人员转向了一种旧技术作为解决方案——内燃机。

内燃机利用受控爆炸的威力来推动运动部件,例如汽车发动机中的活塞。反复的爆炸会产生持续的力,使汽车能够在道路上行驶。在这项新的努力中,研究小组找到了一种使用甲烷蒸气和氧气代替汽油制造微型内燃机的方法,并用它来为微型机器人提供动力。

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为了制造他们的发动机,研究人员首先建造了一个微小的燃烧室和一个火花剂来引发爆炸。发生这种情况时,腔室的顶部会像活塞一样稍微向上推。测试表明活塞可以施加9.5牛顿的力。该团队还设计了一种与点火器配合使用的泵,使活塞每秒上下移动约100次。

然后,他们制造了与第一个相同的第二个引擎,并将两者连接起来,作为一个小青蛙形机器人的脚和腿。他们发现,如果两个发动机同时点火,机器人可以跳跃,或者如果发动机交替点火,机器人可以行走。

研究小组指出,这些发动机足够小,其中四个可以放在一分钱的脸上,每个重量只有325毫克。他们确实承认一些部件尚未小型化,例如燃油系统和储油箱以及火花发生器的动力源。尽管如此,他们认为他们的设计可能对制造各种微型机器人有用。

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