工程师看中磕头虫“弹射大法”,预计不久将诞生仿生弹跳机器人

DeepTech深科技 2017-11-18 12:20 阅读:1258
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最近,研究人员准备将磕头虫“弹射”的原理应用到新一代智能机器人中。这种甲虫能够在不慎翻倒后将自己“弹射”到空中来脱身。利用相似的原理,研究人员可以制造能够在被障碍物困住时自主脱身的机器人(如能够克服各种障碍的灾区营救机器人,以及能够克服未知地形的太空探索机器人)。

工程师看中磕头虫“弹射大法”,预计不久将诞生仿生弹跳机器人

图丨利用铰链结构,磕头虫能够将自己弹射到惊人的高度

这种甲虫的头部与身体是通过一种铰链式结构连接的。在进行弹射时,甲虫将会缓慢地弯曲这种铰链结构,然后瞬间以惊人的速度向反方向释放铰链,使甲虫的身体被弹射到空中并发出响亮的喀哒声。早些时候的研究表明这种甲虫弹射时的初始方向几乎是完全垂直的。

如果甲虫在弹射落地之后仍然是翻倒的,甲虫将继续进行弹射直到反转过来为止。作为比较,在瓢虫翻倒后,瓢虫则需要不停扭动身体直到它的腿与地面得到充分的接触来翻转身体。

研究人员同时也测量了在铰链结构释放时的力的大小变化,并证实了弹射所产生的声响是由于力的瞬间减小产生的。目前,研究人员正在研究弹射所需要的能量与甲虫体积大小的关系。磕头虫的大小可能在几毫米到几厘米之间不等。来自伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校(University of Illinois in Urbana-Champaign)的机械工程师 Aimy Wissa 表示,早期的研究表明,甲虫体积越大,它就能够弹射越高。

工程师看中磕头虫“弹射大法”,预计不久将诞生仿生弹跳机器人

图丨惊人的弹射高度

其他领域的工程师也研究出了各种能够利用腿部进行跳跃的行动灵活的机器人,其中一种是从婴猴(动物垂直跳跃最高纪录保持者)的跳跃中获得的灵感。加利福尼亚州斯坦福大学(Stanford University)的机械工程师 Mark Cutkosky 表示,对于小型机器人而言,跳跃是一种比爬行更高效的穿越障碍的方式。

使用弹射原理的机器人能够在腿部装置损坏时依然能够从脱身困境,使其更有优势。Wissa 表示:“这样一来,机器人的设计就简化了许多。”

特拉维夫大学(Tel Aviv University)的研究过磕头虫弹射的仿生机械专家 Gal Ribak 表示,任何利用这种弹射原理的机器人都只能拥有零点几克的重量。Gal 说:“一旦机器人重量超过了这个界限,弹射装置就不能拥有足够的能量来进行弹射,而且反复的弹射和降落造成的冲击会造成机械结构的损坏。”

目前,研究人员已经完成了关于磕头虫是如何储存弹射所使用的能量以及如何蓄力进行弹射的研究。他们希望能够尽快制造出利用这种弹射原理的样品机器人。

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