哈工大研制厘米级压电机器人 速度达体长90倍

微型机器人领域迎来重要进展。哈尔滨工业大学研究团队近日在学术期刊《工程》（Engineering）上发表研究成果，推出一类全新的厘米级可重构压电机器人。该机器人的核心突破在于引入了一体化内置陶瓷驱动单元，从根本上颠覆了传统可重构机器人的驱动逻辑，为小尺度柔性机器人系统的设计与应用开辟了新路径。

长期以来，可重构机器人主要依赖电磁电机配合复杂传动机构来实现运动。这一方案在大尺寸场景下表现尚可，一旦面临小型化需求，其体积庞大、机械结构繁琐的先天缺陷便成为难以逾越的障碍——尤其在狭小受限空间内，传统方案的可用性几乎丧失殆尽。压电驱动技术的引入，正是对上述痛点的正面突破。

内置陶瓷驱动单元：44毫米×10毫米×12.5毫米的性能奇迹

压电驱动以响应迅速、结构简洁、无需传动部件著称。研究团队充分发挥这一技术优势，将驱动单元做到紧凑：整体尺寸仅为44毫米×10毫米×12.5毫米，重量仅6.50克。该驱动器工作于一阶弯曲共振振动模式，通过机器人驱动足的冲击跳跃运动，精准生成斜向运动轨迹。得益于这一动态驱动方式，机器人的运动速度可达每秒90.3倍体长，负载能力则超过自身重量的31倍，两项指标在同类微型机器人中均属领先水平。

驱动单元采用中空结构设计，在降低共振频率的同时放大振动幅度，从而提升运动效率；内部的陶瓷排布方式则为关键机械部件提供坚固保护，有效延长了机器人在复杂工况下的使用寿命。防尘与防水性能的加持，进一步拓宽了其恶劣环境下的作业边界。

模块化磁性连接：一个框架，链式与环形任意切换

该研究Zui具工程价值的创新之一，是将压电驱动器、控制系统、无线通信模块与电源集成于单一无缆模块之内。这种高度集成的设计不仅简化了操控流程，更使机器人在稳定无线控制下实现了每秒590毫米的移动速度。模块外壳设有多个磁性连接点，可灵活拼接为链式、环形等多种拓扑构型，真正实现"一机多形"——根据任务需求随时调整机器人的整体结构布局。

与模块化设计相配套，研究团队还提出了一套全新的构型评估方法论：通过计算末端连接与侧面连接的比值来赋予各构型权重，从而系统筛选出适配特定作业场景的Zui优结构。这一评估框架的建立，为可重构机器人系统的理性设计提供了量化依据，推动该领域从"经验驱动"向"数据驱动"转型。

实验验证结果表明，不同构型的机器人能够出色应对多种复杂地形：宽沟、窄缝、受限通道、急弯以及高低不平的凸起表面均在其通行能力范围之内。这种地形适应性，正是面向真实复杂环境部署时的核心竞争力。

视觉传感集成，开启环境侦察新场景

研究团队还完成了视觉传感单元的成功集成，赋予机器人无线图像采集能力。这意味着在如此微小的尺度上，机器人已能承担环境侦察任务——这在以往同类系统中几乎无法实现。视觉感知与高速机动性的结合，令其在搜索与救援、环境监测以及精密制造等高价值应用场景中展现出巨大潜力。

展望后续研究方向，团队指出未来将聚焦于进一步提升驱动效率、实现控制与传感组件的更深度集成、引入自主位置反馈以优化导航精度，以及探索自重构机制——后者一旦实现，将大幅扩展此类机器人系统的功能边界与部署灵活性。

本研究由高宇、李静、张世晶、邓杰、陈维山、刘英祥等多学科背景研究人员共同完成，完整开放获取论文《厘米级内置陶瓷驱动单元可重构压电机器人》已在《工程》期刊正式发布。这一成果的问世，也为国内微纳机器人领域的研发团队提供了重要参照：压电陶瓷驱动路线在厘米乃至毫米级机器人平台上的工程化潜力，值得给予更高的战略重视与持续投入。