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点击甲虫启发的机器人使用弹性能量跳跃

柴韵露
导读 研究人员在开发昆虫大小的跳跃机器人方面取得了重大飞跃,这些机器人能够在机械,农业和搜救环境中常见的狭小空间中执行任务。由机械科学和...

研究人员在开发昆虫大小的跳跃机器人方面取得了重大飞跃,这些机器人能够在机械,农业和搜救环境中常见的狭小空间中执行任务。

由机械科学和工程学教授Sameh Tawfick领导的一项新研究展示了一系列甲虫大小的机器人,这些机器人足够小,可以适应狭窄的空间,足够强大,可以越过障碍物,并且足够快,可以匹配昆虫的快速逃生时间。

研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

在过去十年中,美国大学和普林斯顿大学的研究人员研究了甲虫的解剖学、力学和进化。2021 年的一项研究发现,触发咔嗒声甲虫胸部内盘绕肌肉的弹曲——弹性能量的快速释放——以允许它们在空中推动自己是身体长度的许多倍,作为在翻转到背部时矫正自己的一种手段。

“小型机器人技术的最大挑战之一是找到一种小而强大的设计,可以在障碍物周围移动或快速逃离危险环境,”陶菲克说。‘

在这项新研究中,Tawfick和他的团队使用微小的螺旋致动器 - 类似于动物肌肉 - 拉动光束形机构,使其缓慢弯曲并储存弹性能量,直到它自发释放和放大,推动机器人向上。

“这个过程被称为动态屈曲级联,与点击甲虫的解剖结构相比很简单,”陶菲克说。“然而,在这种情况下,简单是好的,因为它允许我们以这种小规模工作和制造零件。

在生物进化和数学模型的指导下,该团队构建并测试了四种设备变体,降落在两种无需人工干预即可成功跳跃的配置上。

“展望未来,我们对下一代机器人的确切设计没有固定的方法,但这项研究在这项技术的发展中播下了一颗种子 - 一个类似于生物进化的过程,”陶菲克说。

该团队设想这些机器人进入狭小的空间,以帮助对涡轮机和喷气发动机等大型机器进行维护,例如,通过拍照来识别问题。

“我们还想象昆虫规模的机器人在现代农业中很有用,”陶菲克说。“科学家和农民目前使用无人机和漫游车来监测农作物,但有时研究人员需要一个传感器来触摸植物或捕捉非常小尺度的特征的照片。昆虫规模的机器人可以做到这一点。

英国伯明翰大学的研究人员;牛津大学;德克萨斯大学达拉斯分校也参与了这项研究。

这篇论文的标题是“由动态屈曲级联实现的昆虫级跳机器人”。