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昆蟲機器人

103/02/18 7097

楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

據知名《科學》(Science)刊物報導，美國哈佛大學研究團隊研發出能像昆蟲般飛行的機器人，其重量約為80毫克、翅膀寬度3公分、拍動頻率120赫茲，整體大小約為1分美元的硬幣大小。

研發如此規格與功能的機器人，其難度在於整體機構與控制模組須以微機電尺度來實踐；因此，研究團隊自行開發了一套設計與製造系統，稱之為智慧複合微結構(smart composite microstructures，SCM)是以不同的材料加以切割，再黏合成一種複合材料，此種方法有利於減輕機器重量及利於機構的組裝。

該昆蟲機器人上的機電元件都是以SCM製造，結構是由高強度碳纖維組成，翅膀為聚酯纖維和低摩擦係數的關節組成；由於振翅的飛行方式極其耗電，機器人能源的能量密度以及轉換功率的有效處理是非常關鍵，現階段則是以外接電源的方式供應，而翅膀的震動是藉由電壓驅動的壓電材料造成雙向震動，實踐此微小的昆蟲機器人工程可說是相當浩大，也具有高度挑戰性。

這項研究具有多種目的，可以幫助我們了解昆蟲是如何完成精密的飛行，如何閃過人類的攻擊，又是如何能輕盈地降落在隨風搖曳的草木上；如果能夠順利解決電源問題，它的未來應用包括環境監控、搜救行動、以及農作物授粉等，也可以應用在個人監控以及有害化學物質的偵測等，而此昆蟲機器人得以具體實踐的本身，也代表了微機電系統技術的突破與效能。

在台灣也有昆蟲機器人的相關研究，台灣大學林沛群教授實驗室基於蟑螂足以面對高障礙物與崎嶇地形的運動能力與方式，開發了可爬越高障礙物的六足仿生機器人，用以克服輪胎式載具在崎嶇地形難以運作的困境，而它半輪半足結構也提供了機器人以肢體步行或輪胎滾動以外的移動方式；以昆蟲為研究對象有許多不為人知的困難，也領略到許多生物的奧秘，林教授分享了其研究上的1項發現：他們觀察到蟑螂腳上有些細毛，很好奇這些細毛對蟑螂在爬越網狀障礙物時是否會有輔助支撐的效果，因此他們將部分蟑螂剃除細毛，看看會有甚麼影響，結論是這些細毛確實對蟑螂爬越網狀障礙物有所幫助，這也就是來自生物界的啟示。

昆蟲機器人的研究可以看成是仿生科技的一環，大自然是我們非常好的學習對象，提供我們許多足以借鏡之處；在機器人領域裡，除了昆蟲外，也有基於魚類在水中優異的行動力、蛇類無須仰賴四肢得以穿越各種高低障礙的能力等，開發模擬其外型與功能的機器人；台北市立動物園於小熊貓圓仔剛出生後，在熊貓媽媽與圓仔相見歡前，也曾委請專家製作了圓仔的分身與媽媽先行接觸，這正是仿生科技的一種應用。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿／103年/01月）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

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