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【科技前沿】柔性机器人学“小强”

导读: 美国加利福尼亚大学伯克利分校研究人员受到蟑螂“启发”,最新研制了一种柔性“机器人”,可抗压、降低身形、钻入缝隙,今后或许可以用于救灾探测。

  美国加利福尼亚大学伯克利分校研究人员受到蟑螂“启发”,最新研制了一种柔性“机器人”,可抗压、降低身形、钻入缝隙,今后或许可以用于救灾探测。

  蟑螂之所以获称“小强”,部分源于其极强的生命力。蟑螂在实验室测试中受力相当于体重900倍,却不会受伤。加州大学伯克利分校综合生物学教授罗伯特·富尔25年前观察发现,美洲种属蟑螂的行进速度能达到每秒近1.5米,相当于其身体长度的50倍。

  富尔在学校主持一间实验室,名为“多学科动物移动效能、动能和力学实验室”,历年观察蟑螂、螃蟹和壁虎等动物行走、奔跑、跳跃、爬行、滑行等方式,探究它们运动过程所蕴含的生物力学基本原理,以求改善机器人设计。

  美洲蟑螂让在这间实验室攻读博士的考希克·贾亚拉姆获得灵感。高速摄像机拍下的画面显示,蟑螂身处两块“夹板”之间,当甲板间隔大约1.27厘米、与“身高”相当时,蟑螂自由行走;间隔调整为0.6厘米、远低于身高时,蟑螂依然全速行进;当间隔仅为0.25厘米,它们会在夹板之间挤压自己的身体,强行通过。

  贾亚拉姆认为,在狭小空间或缝隙内,蟑螂的腿脚受朝向限制,无法正常发挥作用,移动时不得不利用身体其他部位。具体而言,处于受挤压状态时,蟑螂凭借胫节上带有感知能力的刺毛,与夹板摩擦,推动自己。

  依据这些观察,贾亚拉姆设计机器人,定名为“可压缩带活关节构造机器人”(CRAM),尺寸与人的手掌相当,受到上下挤压时“腿脚”可以向两侧张开。

  只是,与蟑螂相比,这一机器人受挤压能力大为逊色,高度只能降低至正常“身高”的一半。

  这种机器人的制作工艺类似于手工折纸,简单且成本低廉,目前由加州大学伯克利分校下属一家企业制作成套件,供机器人爱好者自行组装。

  贾亚拉姆和富尔在美国《国家科学院学报》发表论文称,在龙卷风、地震和爆炸等场合,现有绝大多数机器人无法进入废墟,而柔性机器人可通行无阻,帮助探知所处区域是否稳定和安全,发现幸存者所在位置,确定救援人员进入路径。

  富尔说,昆虫无所不在,可以说是地球上“最成功的动物”,借鉴昆虫可以让机器人具备类似的能力;借鉴蟑螂的机器人只是原型,却显示沿着一个新方向开发柔性机器人的可行性。

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