尽管体型很小，昆虫却是惊人的跳跃者，能够以惊人的速度跳跃数倍于体长的距离。研究人员现在已经成功地在一个微型机器人身上模仿了这些能力，它可以存储大量的势能，然后迅速释放这些势能来驱动跳跃。

该团队预计，该设计最终可以生产完全自主的微型机器人，能够在不熟悉的地形中导航并自我校正。它们进入小空间的能力可以使它们在精准农业和对涡轮机和喷气发动机等大型机器进行维护方面发挥作用。

这款微型机器人的重量不到14克，灵感来自于咔哒甲虫，咔哒甲虫可以不用腿就能通过“咔哒屈曲不稳定性”跳起来，通过这种不稳定性，一个弹性物体可以快速地从一个状态跳到另一个状态。当点击甲虫需要执行跳跃时，例如避免捕食者或纠正自己，它们会迅速将身体贴在地面上，以提供跳跃的动力。它们的身体在头部和腹部之间的一个灵活的铰链中储存弹性能量。

这一过程最初是通过一个内部锁闩控制的，锁闩可以使甲虫的身体保持弯曲的位置，但当被触发时，铰链被释放，甲虫的身体迅速展开，从而产生强大的跳跃。

这款机器人模仿了咔哒甲虫的工作原理，它有一个可变形的身体，里面有一根不锈钢的横梁，横梁连着一个由尼龙纤维制成的人造肌肉。当肌肉收缩时，光束弯曲，储存弹性能量。最终，光束在刚性轨道上弯曲，导致它迅速翻转并撞击地面，释放出储存的能量，为跳跃提供动力。

为了开发最初的原型，美国伊利诺伊大学和普林斯顿大学的研究人员采用了类似于自然选择的试错方法。他们使用3D打印机制作了数百种不同的设计，在每个阶段都采用性能最好的版本。牛津大学数学研究所的Dominic Vella教授和刘明超博士随后开发了一个数学模型来描述跳跃的不同物理组件，这使得设计可以进一步优化。最后，该团队增加了一个光传感器和一个微控制器，这样机器人就会响应光信号而跳跃。

维拉教授(牛津大学数学研究所)说:“这个机器人结合了自然设计和人造创新的优点。”昆虫可以移动得非常快，但由于受到天然材料的限制，它们不能储存大量的能量，而机器人通常储存大量的能量，但释放相对缓慢。因为能量储存在我们的机器人的不锈钢梁中，它可以达到高能量密度，甚至比点击甲虫跳得更高;因为我们的机器人模仿了甲虫的跳跃技术，所以它们比一般的机器人跳得更快。”

他补充说:“也许我们的模型最令人惊讶的发现是加速度的水平。”在跳跃过程中，机器人的峰值加速度达到了250G。相比之下，宇航员发射太空火箭时的信号是3G左右，而人类的信号是9G左右。”

刘博士(数学研究所)说:“我们预计，在未来，以昆虫为灵感的机器人舰队可以用于自然灾害场景，搜索和救援任务，危险环境，或其他大型机器人平台无法进入的情况，而跳跃是在狭窄空间内进行小规模机动的最有效方式。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

扣曲不稳定性与儿童弹跳玩具的动力机制相同。你可以在下面的视频中了解它是如何工作的，该视频由《数学观察者》制作;一个YouTube频道，展示了在牛津数学天文台进行的研究。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。