小巧、自供電的Marangoni沖浪者機(jī)器人可以像水蟲一樣沖浪。圖片來源：美國密歇根技術(shù)大學(xué)

人類總是從大自然中汲取創(chuàng)新的靈感。從天上的鳥到海里的魚，通過研究這些生物幾千年來自然完善的東西，工程師們創(chuàng)造了對(duì)我們今天的生活方式至關(guān)重要的新技術(shù)。當(dāng)涉及到在陸地、空中和水下旅行時(shí)，生物啟發(fā)的機(jī)器人技術(shù)突破了我們認(rèn)為可能的界限。

現(xiàn)在，來自美國密歇根技術(shù)大學(xué)的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種微小的、自供電的機(jī)器人，其靈感來自滑水昆蟲。

你可能認(rèn)為水黽生物，如昆蟲、蛛形綱動(dòng)物，甚至細(xì)菌，只是通過擺動(dòng)它們的腿在水面上移動(dòng)，但實(shí)際上它們利用的是所謂的Marangoni效應(yīng)（是指當(dāng)一種液體的液膜當(dāng)受外界擾動(dòng)（如溫度、濃度）而使液膜局部變薄時(shí)，它會(huì)在表面張力梯度的作用下形成Marangoni流，使液體沿最佳路線流回薄液面，進(jìn)行“修復(fù)”。）。Marangoni效應(yīng)發(fā)生在兩相之間的界面存在表面張力梯度的時(shí)候--在大多數(shù)情況下，是液體-氣體界面。

在這些生物的超強(qiáng)能力的激勵(lì)下，研究人員構(gòu)思并創(chuàng)建了一個(gè)自我驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人，該機(jī)器人完全依靠Marangoni效應(yīng)進(jìn)行推進(jìn)和改變方向。

這個(gè)沖浪機(jī)器人不僅可以站在自由的水面上，而且還可以通過控制異丙醇（IPA）的釋放，利用馬蘭戈尼推進(jìn)力來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)動(dòng)性。

工程師們開發(fā)了定制的流量控制和轉(zhuǎn)向機(jī)制。這些功能補(bǔ)充了集成的動(dòng)力和燃料源、一個(gè)遠(yuǎn)程發(fā)射器、一個(gè)接收器和兩個(gè)舵機(jī)，從而形成了一個(gè)具有無可比擬的功能的非系留機(jī)器人沖浪器。沖浪機(jī)器人中的集成技術(shù)消除了復(fù)雜和不受歡迎的功能，如嘈雜的發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋槳，這些都會(huì)干擾或傷害海洋生物。這意味著更少的干擾被引入到液體的主體中，減少了阻力，使機(jī)器人更像它所模仿的昆蟲，同時(shí)具有在運(yùn)行中幾乎無聲的額外好處。

這種無聲的水黽機(jī)器人的長(zhǎng)度約為110毫米，每秒可行駛0.8個(gè)體長(zhǎng)。目前，該機(jī)器人可以達(dá)到每秒約100毫米的速度，每毫升推進(jìn)劑燃料的燃油效率約為600毫米。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在努力實(shí)施新的和替代的設(shè)計(jì)和推進(jìn)劑，以實(shí)現(xiàn)更大的速度和更高的燃料效率。他們希望該技術(shù)有朝一日能在諸如野生動(dòng)物觀察或難以進(jìn)入的地點(diǎn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)中找到用途。