工程師創造出微小的機器人“昆蟲” 可在難以到達的環境中執行任務

昆蟲可以擠過最狹窄的縫隙,緊緊地貼在狹小的空間里,並在惡劣的環境中生存。受昆蟲啟發,匹茲堡大學的工程師們創造了一種微型機器人,在難以到達的空間和荒涼的環境中執行任務。

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研究人員高俊峰(音譯)說:“這些機器人可用於進入密閉區域進行成像或環境評估,採集水樣,或進行結構評估,”他作為匹茨堡大學斯旺森工程學院工業工程專業的博士生領導了這項工作。“任何你想進入密閉場所的地方–一個昆蟲可以去但一個人不能去的地方–這些機器都可能是有用的。”

對於許多大小不一的生物–如陷阱顎蟻、螳螂蝦和跳蚤–來說,跳過一個表面比爬行更省力。這些動作被複制到了機器人中,這些機器人是由聚合物人工肌肉製成的。

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匹茨堡大學工業工程教授M. Ravi Shankar解釋說,他的實驗室領導了這項研究,“這類似於把箭裝進弓里然後射出去–機器人抓住箭積累能量,然後衝動地釋放能量,向前彈出。通常情況下,我們所使用的人工肌肉的啟動是相當緩慢的。我們被這樣的問題所吸引:‘我們如何利用這種人造肌肉,並利用它來產生跳躍式的驅動力,而不是緩慢的驅動力?’”

答案就在於分子秩序和幾何形狀的相互作用。

“聚合物肌肉的彎曲複合形狀使其在獲得動力時能夠積累能量。肌肉中分子排列的方式從自然界中獲得了靈感,在自然界中,分子的聯合驅動為結構建立了能量,”該研究的共同作者、斯旺森學院工業工程專業的博士生Mohsen Tabrizi說。“這是用不超過幾伏的電完成的。”

多樣化的運動和輕量級的結構使機器人(大約有板球大小)能夠像在堅硬的表面一樣輕鬆地沿着沙子等移動表面移動,甚至能夠跳過水麵。

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