美國加利福尼亞大學伯克利分校研究人員受到蟑螂“啟發(fā)”,最新研制了一種柔性“機器人”,可抗壓、降低身形、鉆入縫隙,今后或許可以用于救災探測。
蟑螂之所以獲稱“小強”,部分源于其極強的生命力。蟑螂在實驗室測試中受力相當于體重900倍,卻不會受傷。加州大學伯克利分校綜合生物學教授羅伯特·富爾25年前觀察發(fā)現(xiàn),美洲種屬蟑螂的行進速度能達到每秒近1.5米,相當于其身體長度的50倍。
富爾在學校主持一間實驗室,名為“多學科動物移動效能、動能和力學實驗室”,歷年觀察蟑螂、螃蟹和壁虎等動物行走、奔跑、跳躍、爬行、滑行等方式,探究它們運動過程所蘊含的生物力學基本原理,以求改善機器人設計。
美洲蟑螂讓在這間實驗室攻讀博士的考??恕べZ亞拉姆獲得靈感。高速攝像機拍下的畫面顯示,蟑螂身處兩塊“夾板”之間,當甲板間隔大約1.27厘米、與“身高”相當時,蟑螂自由行走;間隔調整為0.6厘米、遠低于身高時,蟑螂依然全速行進;當間隔僅為0.25厘米,它們會在夾板之間擠壓自己的身體,強行通過。
賈亞拉姆認為,在狹小空間或縫隙內,蟑螂的腿腳受朝向限制,無法正常發(fā)揮作用,移動時不得不利用身體其他部位。具體而言,處于受擠壓狀態(tài)時,蟑螂憑借脛節(jié)上帶有感知能力的刺毛,與夾板摩擦,推動自己。
依據(jù)這些觀察,賈亞拉姆設計機器人,定名為“可壓縮帶活關節(jié)構造機器人”(CRAM),尺寸與人的手掌相當,受到上下擠壓時“腿腳”可以向兩側張開。
只是,與蟑螂相比,這一機器人受擠壓能力大為遜色,高度只能降低至正?!吧砀摺钡囊话?。
這種機器人的制作工藝類似于手工折紙,簡單且成本低廉,目前由加州大學伯克利分校下屬一家企業(yè)制作成套件,供機器人愛好者自行組裝。
賈亞拉姆和富爾在美國《國家科學院學報》發(fā)表論文稱,在龍卷風、地震和爆炸等場合,現(xiàn)有絕大多數(shù)機器人無法進入廢墟,而柔性機器人可通行無阻,幫助探知所處區(qū)域是否穩(wěn)定和安全,發(fā)現(xiàn)幸存者所在位置,確定救援人員進入路徑。
富爾說,昆蟲無所不在,可以說是地球上“最成功的動物”,借鑒昆蟲可以讓機器人具備類似的能力;借鑒蟑螂的機器人只是原型,卻顯示沿著一個新方向開發(fā)柔性機器人的可行性。
(審核編輯: 智慧羽毛)
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