能飞会跑的机器人都有了 水里游的你见过吗?

2018-07-05 09:07 雷锋网

  在机器人和昆虫的结合上,科学家和工程师们从来都没让我们失望过。

  2015年,德国费斯托公司(Festo)展示出一只仿生机械蝴蝶,除了外观神似真正的蝴蝶,它真正神奇的地方在于能扇动翅膀翩翩起舞,凭借机身中搭载的微型电池和电机,能完成蝴蝶轻盈的飞行动作。

  

  但蝴蝶并不是科学家们唯一感兴趣的仿生主题,自然界有很多昆虫存在神奇的特质,蚂蚁、蜘蛛、蜜蜂甚至蟑螂,都被科学家视作机器人的研究方向。哈佛大学甚至有一个专门的项目HAMR(Harvard Ambulatory MicroRobot)做出过一只蟑螂仿生机器人,能够探索地面并且运动。

  不过最近,这只蟑螂机器人拥有了一项新的技能,它从地面运动变成了水陆两栖,学会了“水上漂”的技能,这种新的技能不但可以控制自身在水面上移动如履平地,还可以选择主动下沉,在水下进行移动。

  

  如你所见,这只昆虫机器人还处在实验室阶段,所以还没有一个完美的外形。它的重量仅有 1.65g,设计与 2013 年的 HAMR 原型非常类似,但在四肢上增加了一个脚垫,由此提供了足够浮力。这台机器人甚至可以再负重 1.44g 有效重量在水上浮动,以最高 10 赫兹的频率,在水面上进行快速摆动,还能追上预先放在水上的纸船。

  按照官方介绍,机器人要想在水上行动,首先是保持自身足够轻盈。实际上,从ARMR的原型昆虫蟑螂来看,这种昆虫本身就具有在水中移动的能力,因此这一研究的最新进展似乎朝着仿生机器人蟑螂又更进一步,尽管让人熟悉又厌恶,但这种昆虫倒真的是ARMR不断进化的“老师”呢~

  但ARMR机器人这一次不光是要学习蟑螂的技巧,更希望能有所扩展,从视频中我们能够看到,它不但可以在水面移动,还可以主动下沉进入水中移动,凭借四肢发出的电压,水面的浮力状态被打破,由此完成在水中行走的状态,又因为四肢添加防水涂层的缘故,ARMR仿生机器人并不会因为沉入水中而造成短路。

  

  哈佛大学约翰·保尔森工程学院研究员,ARMR机器人论文第一作者Kevin Chen表示,这一项目是为了证明,微型机器人同样能够利用自然界微小物体的运动规律,并以此来尝试挑战大型机器人的特性能力。

  另一位作者Neel Doshi认为,目前ARMR能够成功在水上运动的关键在于其大小,“如果它太大,那么提供足够的浮力会是一项挑战,但如果它更小,就无法产生足够下沉进入水中的力。”

  自然界中,我们熟悉另一种水上运动昆虫水黾(就是小时候通常说的水蜘蛛),同样是在自身轻盈的基础上,通过极快的移动速度以及借助水的表面张力,来达到水上行动而不会沉下去的效果,正因为这种非常特别的技巧,它们可以在水上生活和捕食,而模仿这种技巧做“水上漂”机器人的,ARMR并不是第一个。

  2015年,汉城国立大学的仿生水黾机器人,就在试图模仿水黾来制造能够浮在水面的运动机器人,不过团队的方向很特别,不是要在水上移动,而是要让机器人从水面起跳。因为水黾这种昆虫,在水面能够瞬间跳起,施加自身数倍体重的力量却不会沉入水中,这令科学家非常好奇。在研究之后他们发现,其中的秘诀在于水黾腿部运动的速度,当速度够快时,水的表面需要足够的时间产生变化,所以通过合适的速度加上适当的深度,水黾在水面能够迅速起跳。

  

  这种速度+力度的精确控制,通过实验得出结论并被运用在机器人上,由此,汉城国立大学的科学家造出了这个仿生水黾机器人,在跳跃时产生自身16倍重量却依然可以腾空跃出水面,这不得不说是很像水黾的机器人了。

  不论是哈佛大学的ARMR,还是汉城国立大学的水黾仿生机器人,想要实现的共同目标都是让机器人在水面运动。从无人机我们看到了机器人走向天空的可能,各种运输机器人则代表了地面的力量,所以尽管水上机器人并非一朝一夕能够出现在日常生活中,但或许更多有趣的实验,能帮助我们更好理解背后的这个世界,从而在某一天真正造出能够民用的机器人。

责编:陶宗瑶(实习生)
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