雖然科學(xué) 們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以在陸地上飛行、游泳和在崎嶇地形中航行的機(jī)器人，但這些復(fù)雜的機(jī)器在地下探索和探索地球景觀的能力迄今為止是有限的。
他們說(shuō)，到目前為止，這要?dú)w功于 加州大學(xué)圣巴巴拉分校和佐治亞理工學(xué)院的研究人員，他們開(kāi)發(fā)了 種快速、可控的軟機(jī)器人，可以在地下空間導(dǎo)航。
植物和動(dòng)物啟發(fā)了研究人員開(kāi)發(fā)機(jī)器人，它解決了科學(xué) 們之前面臨的 些挑戰(zhàn)，即創(chuàng)造 種不僅可以進(jìn)入地球而且還有能力重新浮出水面的機(jī)器。
導(dǎo)這項(xiàng)研究的加州大學(xué)圣巴巴拉分校機(jī)械工程教授伊桑·霍克斯 (Ethan Hawkes) 實(shí)驗(yàn)室的研究生研究員尼古拉斯·納克萊里奧 (Nicholas Naclerio) 說(shuō)：“穿越地面的 大挑戰(zhàn)只是所涉及的力。”
開(kāi)發(fā)可以飛行或游泳的機(jī)器人并不那么具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榭諝夂退疾粫?huì)對(duì)穿過(guò)它們的物體產(chǎn)生顯著的阻力。然而，“如果你試圖穿過(guò)地面，你必須將土壤、沙子或其他介質(zhì)推開(kāi)，”他在 份新聞聲明中解釋說(shuō)。
仿生設(shè)計(jì)
研究人員研究了植物和穴居動(dòng)物，以獲得他們工作的靈感。在植物方面，它們通過(guò)從*生長(zhǎng)并保持 個(gè)身體扎根和靜止來(lái)導(dǎo)航的方式是他們開(kāi)發(fā)的藤蔓狀機(jī)器人的靈感來(lái)源。
研究人員說(shuō)，在地下，*延伸保持較低的抵抗力，并且僅局限于生長(zhǎng)端。他們說(shuō)，在機(jī)器人中，他們將其用作設(shè)計(jì)模型，因此他們不會(huì)在機(jī)器人的整個(gè)表面上產(chǎn)生摩擦，摩擦?xí)S著更多的沙子進(jìn)入沙子而增加，從而阻止其移動(dòng)。
在動(dòng)物方面，研究人員研究了南方沙章魚，它會(huì)向地下噴射水流，然后利用松散的沙子移動(dòng)。然后，他們將這種顆粒流化的想法，或?qū)㈩w粒懸浮在類似流體的狀態(tài)，使動(dòng)物能夠克服沙子或松散土壤帶來(lái)的高阻力，應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)。
他們說(shuō)，按照這個(gè)想法，研究人員添加了 種基于*的流動(dòng)裝置，可以將空氣噴射到“藤蔓”生長(zhǎng)末端之前的區(qū)域，從而使機(jī)器人能夠進(jìn)入該區(qū)域。
克服挑戰(zhàn)
Naclerio 說(shuō)，研究人員發(fā)現(xiàn)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的 大挑戰(zhàn)是當(dāng)它水平移動(dòng)時(shí)。在這些情況下，它總是會(huì)浮出水面。
他說(shuō)，研究小組發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)殡m然氣體或液體均勻地流過(guò)對(duì)稱的移動(dòng)物體上方和下方，但流化沙中的力分布并不平衡。Naclerio 說(shuō)，這會(huì)為水平移動(dòng)的機(jī)器人產(chǎn)生巨大的升力。
他在 份新聞聲明中說(shuō)：“將沙子向上推開(kāi)，而不是將其壓實(shí)要容易得多。”
他們說(shuō)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員轉(zhuǎn)向物理學(xué)，對(duì)來(lái)自水平推入沙子的實(shí)心棒*的不同角度氣流產(chǎn)生的阻力和升力進(jìn)行測(cè)量。他們發(fā)現(xiàn)顆粒材料中的摩擦力響應(yīng)與牛頓流體定律中的摩擦力響應(yīng)大不相同，因?yàn)楦吣Σ亮梢栽谶\(yùn)動(dòng)方向上對(duì)大面積的地形造成壓實(shí)和應(yīng)力。
他們說(shuō)，為了緩解這種情況，研究人員使用了 種低密度流體來(lái)提升和推動(dòng)谷物遠(yuǎn)離入侵者——在這種情況下是機(jī)器人——來(lái)減少它必須克服的凈摩擦應(yīng)力。
他們還從另 種生物沙魚蜥蜴那里獲得了靈感，沙魚蜥蜴有 個(gè)楔形的頭部，有利于向下運(yùn)動(dòng)。他們說(shuō)，這種設(shè)計(jì)方面允許研究人員調(diào)節(jié)阻力并使機(jī)器人保持水平移動(dòng)而不會(huì)從沙子中升起。
展望未來(lái)
研究人員在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上發(fā)表了 篇關(guān)于他們工作的論文。
研究人員說(shuō)，軟機(jī)器人有許多潛在的應(yīng)用，包括土壤取樣、公用事業(yè)的地下安裝和侵蝕控制。
該機(jī)器的設(shè)計(jì)——尤其是能夠改變方向同時(shí)讓機(jī)器人的身體保持牢固固定的*延伸——也有利于在低重力環(huán)境中進(jìn)行探索。出于這個(gè)原因，美國(guó)宇航局有興趣使用軟機(jī)器人對(duì)其他行星和衛(wèi)星進(jìn)行潛在調(diào)查，研究人員說(shuō)。
他們說(shuō)，為此，該團(tuán)隊(duì)正在與航天局合作，專門為地球的衛(wèi)星甚至土衛(wèi)二（木星的衛(wèi)星）開(kāi)發(fā)挖洞技術(shù)。
參與該項(xiàng)目的佐治亞理工學(xué)院教授 Daniel Goldman 表示，總體而言，該團(tuán)隊(duì)努力更好地了解植物和動(dòng)物如何在地下環(huán)境中導(dǎo)航，這也為其他科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新鋪平了道路。
他在 份新聞聲明中說(shuō)：“發(fā)現(xiàn)不同生物體在顆粒介質(zhì)中成功游泳和挖掘的原理，可以導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出可以利用這些原理的新型機(jī)制和機(jī)器人。” “反過(guò)來(lái)，開(kāi)發(fā)具有這種能力的機(jī)器人可以激發(fā)新的動(dòng)物研究，并指出顆粒基質(zhì)物理學(xué)中的新現(xiàn)象。”
伊麗莎白·蒙塔爾巴諾 (Elizabeth Montalbano) 是 位自由撰稿人，撰寫技術(shù)和文化方面的文章已有 20 多年。她曾在鳳凰城、舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪、旅游、音樂(lè)、瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的 個(gè)村莊。
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