科學家從大自然中汲取靈感 開發出能鑽過柔軟沙地的蛇形機器人

據外媒報道,機器人是探索陸地、海洋、天空和太空的好幫手,但有一個環境對它們來說比較棘手,那就是我們腳下的土地。現在,加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)和佐治亞理工學院的工程師們已經開發出一種蛇形機器人,它使用一系列方法鑽過柔軟的沙地或土壤。

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蛇長期以來一直是機器人的靈感來源,這要歸功於它們的相對簡單性和運動的多功能性。因此,它們已經被用來探索諸如沙丘、海床、管道、廢棄的核電站,甚至是人體等環境。

現在他們正往地下走。當然,這裡最大的障礙是,即使在沙子和土壤這樣的顆粒狀材料中,阻力也比在水或空氣中大得多。但是加州大學聖塔芭芭拉分校和佐治亞理工學院的團隊開發了一種機器人,可以通過多種方式解決這個問題。

新的設計從現有的軟體機器人開始,它通過從其頂端“生長”來移動,就像一根藤蔓。這已經有助於它的地下冒險–因為尖端是唯一的運動部分,摩擦力遠遠低於整個身體的運動。為了幫助它更容易地移動,一個裝置被連接到機器人的“生長”尖端,在它前面吹氣,將沙子推到一邊,以清理出一條道路。

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但是,還有一個挑戰:在水平地穿過沙子時,機器人往往會上升,直到它出現在表面。這是基本的物理學原理–機器人上方的少量沙子所產生的壓力遠遠小於其下方緊實的沙子所產生的壓力。

為了解決這個問題,研究小組使機器人也向下發射空氣,以減少摩擦。研究人員在前面添加了一個楔子,他們的靈感來自於一種受蜥蜴啟發的機器人,也有助於開闢道路。最終的結果是一個小型機器人,可以相對容易地在乾燥的顆粒狀介質中移動。它可以通過像蛇一樣的扭動和轉彎,或潛入沙中並在另一側重新出現來避免障礙物。

該團隊表示,這種設計可以在土壤取樣和地下安裝管道和電纜等方面派上用場。

這項研究發表在《科學·機器人學》雜誌上。在下面的視頻中可以看到蛇形機器人的行動。

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