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工程師看中磕頭蟲「彈射大法」,預計不久將誕生仿生彈跳機器人

2月
08
2018

2018年2月08日03時 今日科學 DeepTech深科技

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最近,研究人員準備將磕頭蟲「彈射」的原理應用到新一代智能機器人中。這種甲蟲能夠在不慎翻倒後將自己「彈射」到空中來脫身。利用相似的原理,研究人員可以製造能夠在被障礙物困住時自主脫身的機器人(如能夠克服各種障礙的災區營救機器人,以及能夠克服未知地形的太空探索機器人)。

圖丨利用鉸鏈結構,磕頭蟲能夠將自己彈射到驚人的高度

這種甲蟲的頭部與身體是通過一種鉸鏈式結構連接的。在進行彈射時,甲蟲將會緩慢地彎曲這種鉸鏈結構,然後瞬間以驚人的速度向反方向釋放鉸鏈,使甲蟲的身體被彈射到空中並發出響亮的喀噠聲。早些時候的研究表明這種甲蟲彈射時的初始方向幾乎是完全垂直的。

如果甲蟲在彈射落地之後仍然是翻倒的,甲蟲將繼續進行彈射直到反轉過來為止。作為比較,在瓢蟲翻倒後,瓢蟲則需要不停扭動身體直到它的腿與地面得到充分的接觸來翻轉身體。

研究人員同時也測量了在鉸鏈結構釋放時的力的大小變化,並證實了彈射所產生的聲響是由於力的瞬間減小產生的。目前,研究人員正在研究彈射所需要的能量與甲蟲體積大小的關係。磕頭蟲的大小可能在幾毫米到幾厘米之間不等。來自伊利諾伊大學厄巴納香檳分校(University of Illinois in

Urbana-Champaign)的機械工程師 Aimy Wissa 表示,早期的研究表明,甲蟲體積越大,它就能夠彈射越高。

其他領域的工程師也研究出了各種能夠利用腿部進行跳躍的行動靈活的機器人,其中一種是從嬰猴(動物垂直跳躍最高紀錄保持者)的跳躍中獲得的靈感。加利福尼亞州史丹福大學(Stanford University)的機械工程師 Mark Cutkosky

表示,對於小型機器人而言,跳躍是一種比爬行更高效的穿越障礙的方式。

使用彈射原理的機器人能夠在腿部裝置損壞時依然能夠從脫身困境,使其更有優勢。Wissa 表示:「這樣一來,機器人的設計就簡化了許多。」

特拉維夫大學(Tel Aviv University)的研究過磕頭蟲彈射的仿生機械專家 Gal Ribak 表示,任何利用這種彈射原理的機器人都只能擁有零點幾克的重量。Gal

說:「一旦機器人重量超過了這個界限,彈射裝置就不能擁有足夠的能量來進行彈射,而且反覆的彈射和降落造成的衝擊會造成機械結構的損壞。」

目前,研究人員已經完成了關於磕頭蟲是如何儲存彈射所使用的能量以及如何蓄力進行彈射的研究。他們希望能夠儘快製造出利用這種彈射原理的樣品機器人。


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