近日,哈佛大學的研究人員以日本古老的剪紙藝術kirigami為設計靈感,利用具有感應結構的可變形材料來模擬蛇鱗,從而研發出一種新型軟體機器人。該機器人能夠像蛇一樣,通過反復的充氣、放氣來爬行,可用于搜索和救援等任務。
研究人員利用蛇鱗“各向異性摩擦”的特性,將該機器人的重復性脈沖運動轉變為向前運動。為了測試機器人鱗片皮膚,研究人員制作了多種不同的可拉伸塑料片,并在每片上用激光刻上不同的扁平鱗片圖案,然后將該片材纏繞在由空氣驅動的硅橡膠管周圍。這種結構能夠在機器人充氣并拉伸塑料片時,使其扁平的鱗片變形并從身上彈出來抓住地面,并通過不斷的充氣、放氣,從而向前移動。
為找到最佳的鱗片切割模式,以讓機器人更好地前行,研究人員嘗試了一系列不同的比例模型,包括線條、梯形、三角形以及圓形。實驗證明,對于這款機器人來說,最有效的鱗片設計是梯形。梯形不僅能夠產生更多的摩擦力,而且這種形狀能夠讓機器人皮膚得到更多地伸展。當機器人處于充氣狀態時,則會向前伸展,使其鱗片彈起并抓住表面,這個過程中產生的摩擦推動機器人前進,這使得機器人在移動過程中,能夠產生更長的“步幅”。當機器人向前移動時,只要鱗片設計能夠有效地將其錨定在地面上,就能以拉伸的形式進行快速移動。
研究人員表示,這種可變的塑料性皮膚可在兩方面影響機器人反應速度:一方面,這種皮膚增加了爬行機器人在剛開始充氣時的延伸長度;另一方面,在整個驅動過程中,其永久的方向紋理結構可產生高度的“各向異性摩擦”特性。因此,當供氣量在0-12ml之間循環變化時,該爬行機器人的運動效率最佳。
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原文標題:哈佛大學研發出新型軟體機器人
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