靠惯性游走的两栖机器人

本文报道了一种新型厘米级两栖机器人——‘无腿机器人’（Leglessbot），重仅24克，外形尺寸为57.5×36×36毫米。它不依赖传统轮子、腿或外部推进器，而是通过一个可变输出的音圈电机（VCM）激发内部质量块运动，利用线性惯性实现多种运动模式：高频小幅振动用于水中推进，中频全行程振动实现沙地快速爬行（约1.4倍体长/秒），低频冲击式运动则实现跳跃（最高跳高17.16毫米）。机器人采用全封闭刚性外壳，彻底规避了微型设备长期面临的防水密封难题——常规O型圈等动态密封在厘米尺度下极易因微间隙引发毛细渗水，且密封摩擦会超出微型执行器的驱动力极限。其水下推进不依赖主动控制的鳍片摆动，而是巧妙设计左右两侧长度不同（17.5毫米与20.0毫米）、倾斜45度安装的柔性被动鳍片。当机身振动时，不同长度的鳍片因固有频率差异，在特定频率下产生不对称流体反作用力，从而实现单执行器驱动的‘惯性驱动多向推进’（IDMP）：例如在30赫兹时右转，40赫兹时左转，35赫兹时直线前进。研究团队通过水槽实验、高速粒子图像测速（PIV）和计算流体力学（CFD）仿真系统验证了该机制——发现推力主要源于前后冲程中鳍片形变导致的流体累积区差异，而非鱼类尾鳍式的涡街推进；其本质是振动相位与鳍片弹性响应耦合产生的瞬态压力差。机器人在陆地上展现出优异鲁棒性：可背负960克载荷（约自重40倍）移动，2秒内跃出珠粒堆，10秒内挣脱碎石掩埋；在水中可稳定完成S形避障、直线游动（最高速度约35毫米/秒）及精准转向。该设计为微型两栖机器人提供了一种结构极简、可靠性高、环境适应性强的新范式，尤其适用于狭小、危险或水陆交界场景的巡检、搜救与环境监测任务。