雖然科學 們已經(jīng)開發(fā)出可以在陸地上飛行、游泳和在崎嶇地形中航行的機器人，但這些復雜的機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，到目前為止，這要歸功于 加州大學圣巴巴拉分校和佐治亞理工學院的研究人員，他們開發(fā)了 種快速、可控的軟機器人，可以在地下空間導航。
植物和動物啟發(fā)了研究人員開發(fā)機器人，它解決了科學 們之前面臨的 些挑戰(zhàn)，即創(chuàng)造 種不僅可以進入地球而且還有能力重新浮出水面的機器。
導這項研究的加州大學圣巴巴拉分校機械工程教授伊桑·霍克斯 (Ethan Hawkes) 實驗室的研究生研究員尼古拉斯·納克萊里奧 (Nicholas Naclerio) 說：“穿越地面的 大挑戰(zhàn)只是所涉及的力。”
開發(fā)可以飛行或游泳的機器人并不那么具有挑戰(zhàn)性，因為空氣和水都不會對穿過它們的物體產(chǎn)生顯著的阻力。然而，“如果你試圖穿過地面，你必須將土壤、沙子或其他介質(zhì)推開，”他在 份新聞聲明中解釋說。
仿生設計
研究人員研究了植物和穴居動物，以獲得他們工作的靈感。在植物方面，它們通過從*生長并保持 個身體扎根和靜止來導航的方式是他們開發(fā)的藤蔓狀機器人的靈感來源。
研究人員說，在地下，*延伸保持較低的抵抗力，并且僅局限于生長端。他們說，在機器人中，他們將其用作設計模型，因此他們不會在機器人的整個表面上產(chǎn)生摩擦，摩擦會隨著更多的沙子進入沙子而增加，從而阻止其移動。
在動物方面，研究人員研究了南方沙章魚，它會向地下噴射水流，然后利用松散的沙子移動。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)，使動物能夠克服沙子或松散土壤帶來的高阻力，應用于機器人的設計。
他們說，按照這個想法，研究人員添加了 種基于*的流動裝置，可以將空氣噴射到“藤蔓”生長末端之前的區(qū)域，從而使機器人能夠進入該區(qū)域。
克服挑戰(zhàn)
Naclerio 說，研究人員發(fā)現(xiàn)，控制機器人運動的 大挑戰(zhàn)是當它水平移動時。在這些情況下，它總是會浮出水面。
他說，研究小組發(fā)現(xiàn)，這是因為雖然氣體或液體均勻地流過對稱的移動物體上方和下方，但流化沙中的力分布并不平衡。Naclerio 說，這會為水平移動的機器人產(chǎn)生巨大的升力。
他在 份新聞聲明中說：“將沙子向上推開，而不是將其壓實要容易得多。”
他們說，為了解決這個問題，研究人員轉(zhuǎn)向物理學，對來自水平推入沙子的實心棒*的不同角度氣流產(chǎn)生的阻力和升力進行測量。他們發(fā)現(xiàn)顆粒材料中的摩擦力響應與牛頓流體定律中的摩擦力響應大不相同，因為高摩擦力可以在運動方向上對大面積的地形造成壓實和應力。
他們說，為了緩解這種情況，研究人員使用了 種低密度流體來提升和推動谷物遠離入侵者——在這種情況下是機器人——來減少它必須克服的凈摩擦應力。
他們還從另 種生物沙魚蜥蜴那里獲得了靈感，沙魚蜥蜴有 個楔形的頭部，有利于向下運動。他們說，這種設計方面允許研究人員調(diào)節(jié)阻力并使機器人保持水平移動而不會從沙子中升起。
展望未來
研究人員在《科學機器人》雜志上發(fā)表了 篇關于他們工作的論文。
研究人員說，軟機器人有許多潛在的應用，包括土壤取樣、公用事業(yè)的地下安裝和侵蝕控制。
該機器的設計——尤其是能夠改變方向同時讓機器人的身體保持牢固固定的*延伸——也有利于在低重力環(huán)境中進行探索。出于這個原因，美國宇航局有興趣使用軟機器人對其他行星和衛(wèi)星進行潛在調(diào)查，研究人員說。
他們說，為此，該團隊正在與航天局合作，專門為地球的衛(wèi)星甚至土衛(wèi)二（木星的衛(wèi)星）開發(fā)挖洞技術(shù)。
參與該項目的佐治亞理工學院教授 Daniel Goldman 表示，總體而言，該團隊努力更好地了解植物和動物如何在地下環(huán)境中導航，這也為其他科學和技術(shù)創(chuàng)新鋪平了道路。
他在 份新聞聲明中說：“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，可以導致開發(fā)出可以利用這些原理的新型機制和機器人。” “反過來，開發(fā)具有這種能力的機器人可以激發(fā)新的動物研究，并指出顆粒基質(zhì)物理學中的新現(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。在空閑時間，她喜歡沖浪、旅游、音樂、瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的 個村莊。
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