北京時(shí)間8月20日消息，當(dāng)你想起一種在未被發(fā)現(xiàn)的情況下爬進(jìn)任何空間的高科技超級(jí)間諜時(shí)，腦海中浮現(xiàn)出來(lái)的第一印象不太可能是蚯蚓吧？但美國(guó)波士頓市麻省理工學(xué)院的研究人員宣稱，事實(shí)上，蚯蚓可能是幫助他們解決許多機(jī)器人問題的鑰匙。
蚯蚓通過交替推擠和拉伸全身肌肉在地上爬行，用波浪狀的收縮運(yùn)動(dòng)向前移動(dòng)。蝸牛和海參也用這種稱作“蠕動(dòng)”的機(jī)制四處走動(dòng)。我們?nèi)祟惖奈改c道也有類似運(yùn)動(dòng)，通過推擠食道沿線的肌肉，把食物推到胃中。
現(xiàn)在，美國(guó)麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)和韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)出一種模仿蠕動(dòng)機(jī)制的機(jī)器人。它靠蠕動(dòng)移動(dòng)，通過收縮身體體節(jié)，在各種表面上爬行，看起來(lái)更像一條蚯蚓。這種幾乎全用軟材料制造的機(jī)器人有很強(qiáng)的彈力。即使被踩到或用鐵錘重?fù)簦膊粫?huì)受傷，仍會(huì)繼續(xù)向前緩慢移動(dòng)。
麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系助理教授桑巴伊-吉姆表示，這樣一種軟體機(jī)器人有多種用途，例如通過崎嶇地形或鉆進(jìn)稠密空間等。由于組成它身體的彈性管子是網(wǎng)眼狀，于是科學(xué)家給它取名“網(wǎng)眼蠕蟲”機(jī)器人。
研究人員用由鎳和鈦制成的金屬線制造“人造肌肉”。鎳鈦是一種借助熱度可自由收縮的形狀記憶合金。他們把這種金屬線纏在管子周圍，制造出網(wǎng)眼蠕蟲身體的體節(jié)，它們看上去更像是一條蚯蚓的體節(jié)。然后，這些研究人員用一股小電流給金屬線體節(jié)充電，推擠網(wǎng)眼管子，推動(dòng)機(jī)器人向前移動(dòng)。最近，這個(gè)科學(xué)小組在《美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)和美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)機(jī)械電子學(xué)匯報(bào)》雜志上發(fā)表了有關(guān)這項(xiàng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容。
在過去數(shù)十年內(nèi)，許多機(jī)器人專家尋找方法設(shè)計(jì)軟機(jī)器人系統(tǒng)。這種構(gòu)件不易碎的小型軟體機(jī)器人有望被用于探索難以接觸的空間和穿越崎嶇不平的地形等多個(gè)領(lǐng)域。柔軟外部還能使它們?cè)谌藱C(jī)互動(dòng)中確保安全。
軟機(jī)器人的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)為這類機(jī)器人提供動(dòng)力的軟制動(dòng)器。一種解決方案是將壓縮空氣泵入機(jī)器人體內(nèi)，使其運(yùn)動(dòng)。但吉姆指出，空氣制動(dòng)機(jī)器人需要體積很多大的泵。他說(shuō)：“把微型空氣壓縮機(jī)和小型自治機(jī)器人結(jié)合在一起是個(gè)挑戰(zhàn)�！�
人造肌肉來(lái)自一種奇特材料。吉姆和他的同事為尋找設(shè)計(jì)思路研究了蚯蚓。他們發(fā)現(xiàn)，蚯蚓由兩個(gè)主要肌肉組織構(gòu)成，一個(gè)是環(huán)繞在管狀身體周圍的圓形肌肉纖維，另一個(gè)是沿身體運(yùn)動(dòng)的縱向肌肉纖維。這兩種肌肉組織必須同時(shí)發(fā)揮作用，才能使蚯蚓移動(dòng)。這個(gè)科學(xué)小組目前打算用相同技術(shù)設(shè)計(jì)一種類似系統(tǒng)，它不僅柔軟，還以蠕動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
研究人員先通過卷起和熱封一張聚合物網(wǎng)眼制造出一個(gè)管狀身體。這種由相互交織的聚合物纖維制成的網(wǎng)眼材料使管子伸展和收縮，它的運(yùn)動(dòng)類似于彈簧。然后，他們研究了制造人工肌肉的方法，最后決定使用鎳鈦合金。吉姆說(shuō)：“這是一種非常奇怪的材料。根據(jù)鎳鈦比例，它的運(yùn)動(dòng)就會(huì)發(fā)生明顯變化�！�
高于一定溫度，這種合金就會(huì)保持一種稱作奧氏體的狀態(tài)。奧氏體是一種彈簧恢復(fù)原狀時(shí)出現(xiàn)的有規(guī)律的定向結(jié)構(gòu)。即使彈簧發(fā)生嚴(yán)重彎曲，也會(huì)在奧氏體作用下恢復(fù)原樣。但低于一定溫度，鎳鈦合金就會(huì)變成馬氏體狀態(tài)。這是一種更柔軟的結(jié)構(gòu)，就像曲別針一樣，即使發(fā)生彎曲也會(huì)保持一定形狀。
在對(duì)軟體機(jī)器人進(jìn)行的極限試驗(yàn)中，科學(xué)家使這種機(jī)器人遭受多種極端情形，例如用鐵錘重?fù)羯踔劣媚_猛力踩等，以便檢查它的耐久性。雖然受到這些劇烈打擊，這種機(jī)器人卻幸存下來(lái)，在未受損傷的情況下繼續(xù)爬行。吉姆表示：“你可以扔它，它卻不會(huì)崩潰。大多數(shù)機(jī)械零件不僅很硬，還易碎。但網(wǎng)眼蠕蟲機(jī)器人的構(gòu)件都由纖維制造，擁有非常強(qiáng)的韌性。它們的肌肉是柔軟的，身體也是柔軟的。我們正開始展示一種非同尋常的身體變形能力。”
路易斯-克拉克學(xué)院生物學(xué)教授凱勒-奧特姆通過設(shè)計(jì)軟機(jī)器人研究了動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)。他表示：“像網(wǎng)眼蠕蟲一樣的機(jī)器人可用于多個(gè)領(lǐng)域，例如新一代內(nèi)窺鏡、移植物和彌補(bǔ)術(shù)等。雖然這種機(jī)器人的身體比一條真正的蠕蟲更簡(jiǎn)單，只有少數(shù)體節(jié)，但好像有非常顯著的運(yùn)動(dòng)能力。我預(yù)測(cè)，在今后10年中我們會(huì)在許多產(chǎn)品中見到改變形狀的人造肌肉，例如手機(jī)、便攜式電腦和汽車等�！边@項(xiàng)新研究得到美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的支持。
網(wǎng)眼蠕蟲機(jī)器人的運(yùn)作原理：
研究人員制造了一種緊密盤繞的鎳鈦合金金屬線，然后將其纏擾在網(wǎng)眼管周圍，使其模仿蚯蚓的圓形肌肉纖維。接著，他們把一個(gè)小電池和電路板安裝在這個(gè)管子中，這樣就可以通過電流給這條充當(dāng)身體體節(jié)的金屬線加熱。體節(jié)達(dá)到一定溫度時(shí)，金屬線就會(huì)收縮，推擠管子，推動(dòng)機(jī)器人向前移動(dòng)。
吉姆和他的同事研發(fā)出安全控制金屬線加熱和降溫以及機(jī)器人在各種表面上移動(dòng)的規(guī)則系統(tǒng)。這個(gè)科學(xué)小組還為這種機(jī)器人配備了沿整個(gè)身體運(yùn)動(dòng)的金屬線，它們類似于蚯蚓的縱向肌肉纖維。加熱時(shí)，一條金屬線就會(huì)收縮，拉動(dòng)機(jī)器人左右運(yùn)動(dòng)。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaozhong/835072.html
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