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是“蛇皮”机器人,不是蛇皮走位机器人

蛇是可以拗出千般妖娆曲线的物种,它们自如移动的关键则在于腹部鳞片。而哈佛大学的科研人员,用古老的剪纸方式模仿蛇鳞的工作原理,开发了一种能屈能伸的“蛇皮”机器人。


是“蛇皮”机器人,不是蛇皮走位机器人


科学家们利用激光切割技术将聚酯皮肤裁剪成鳞状,有圆形、三角形、梯形等不同形状的鳞片。将裁剪好的鳞状塑料片卷起,便有了管状机器人。向管中充气或放气,机器人便会伸长或缩短,而宽度几乎保持不变。


起初,科研人员以传统的剪纸方式制造鳞片。当机器人随着充气过程发生拉伸,其中一部分鳞片会凸起,另一部分则会凹陷。后来,研究人员将剪纸方式进行了改良,让所有鳞片在皮肤受到拉伸时,能够朝同一方向运动。


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当管中注入了空气,整个结构便会向前扩展,且鳞片可以紧抓地面,就像冰镐一样。这样一来,机器人能够依靠摩擦力将自身向前拖拽,在充气和放气的交替过程中优雅地发生位移。


值得一提的是,蛇皮机器人的移动能力和鳞片的形状有关。比起圆形和三角形,梯形鳞片可以让机器人在每次充气后产生更大的位移。而腹部蛇鳞的形状也最接近梯形。


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其实,研究人员并没有完全模仿蛇鳞来设计机器人的结构。他们是在测试了多种形状的鳞片之后,才发现其中表现最好的梯形鳞片恰恰与蛇鳞最为相似。


科学家们并不十分了解这背后的原理,只是提出梯形鳞片能够让机器人在伸长状态下拥有更大的表面积,从而可以与地面发生更为紧密的接触,获得更强的抓力。或许,在长期的自然选择过程中,腹部蛇鳞的进化便是朝着摩擦力最大化的方向进行的。


是“蛇皮”机器人,不是蛇皮走位机器人


从软体机器人的移动方式来看,剪纸结构或许是一种新鲜的思路。蛇皮机器人依靠油或空气便能运动起来,而不像大多数软体机器人一样需要使用电机 (即执行器) 。剪纸结构可以用作托举或搬运重物的人工肌肉,如果再加上骨骼结构,它们也能变成完整的蛇皮机器“人”。原本没有执行器就难以工作的软体机器人,如此便有了更多的可能性。


虽然,基于蛇鳞原理开发的机器人移动方式在速度上不占优势,不过速度或许也并不是这类机器人最重要的属性。它们更加擅长的,可能是进入狭小空间执行观察、搜索等任务。



此前,斯坦福大学发布过能够无限伸长的可充气机器人 (如上图) ,同样拥有蛇一般的曼妙姿态。由于形态灵活多变,机器人能从狭窄的空隙中轻松穿过,完成灭火等危险任务。而卡耐基梅隆大学开发的蛇形机器人 (如下图) ,曾经在去年墨西哥城7.1地震发生后,协助人类执行搜救任务。


是“蛇皮”机器人,不是蛇皮走位机器人


如果有一天,蛇皮机器人的体积足够小,它们还有可能在人类的血管中灵活走位,执行更加艰巨的任务。

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