章江

運(yùn)用仿生學(xué)原理

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員近日開(kāi)發(fā)出了一款外形酷似蟑螂的“鉸鏈?zhǔn)娇蓧嚎s機(jī)器人”（compressible robot with articulated mechanisms，簡(jiǎn)稱(chēng)CRAM）。CRAM機(jī)器人的外骨骼帶有可活動(dòng)的關(guān)節(jié)，外殼非常柔軟，可以改變形狀穿行于各種狹小的夾縫，未來(lái)極有可能成為一款非常高效的搜救機(jī)器人。CRAM機(jī)器人的研發(fā)得到了美國(guó)陸軍的資金支持，它設(shè)計(jì)上用到了許多仿生學(xué)原理，非常適合在斷壁殘?jiān)袌?zhí)行搜救任務(wù)。

參與研發(fā)的科學(xué)家考西柯·賈亞拉姆和羅伯特·富爾稱(chēng)，是蟑螂獨(dú)特的外形結(jié)構(gòu)、行走方式和“打不死”的頑強(qiáng)生命力給了他們靈感，幫助設(shè)計(jì)出這款可以穿過(guò)瓦礫和狹小空間的機(jī)器人。為了讓這些靈感具體化，他們?cè)O(shè)定了包括“穿越縫隙”“密閉空間爬行”和“動(dòng)態(tài)抗壓實(shí)驗(yàn)”等在內(nèi)的多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，測(cè)試蟑螂怎樣穿過(guò)超小的水平空間和垂直空間，抗壓能力如何。結(jié)果顯示它們可以迅速穿過(guò)窄至3毫米的水平空間，在狹窄到只有4毫米寬的垂直空間往上爬行?？茖W(xué)家還在蟑螂通過(guò)時(shí)往其身上施加壓力以測(cè)試其外骨骼，發(fā)現(xiàn)在受到高于其體重300倍的壓力時(shí)仍能迅速穿過(guò)縫隙，在受到高于體重900倍的壓力之后仍毫發(fā)無(wú)損。

這些測(cè)試引發(fā)了研究人員對(duì)一種行走方式的興趣，這種行走方式被稱(chēng)為“身體摩擦多腿爬行”。蟑螂在遇到中等程度摩擦力時(shí)行走速度最快，頂部遇到的摩擦太大時(shí)會(huì)慢下來(lái)，地面摩擦太大也一樣。在狹窄的垂直空間里，即使把六條腿全部張開(kāi)到兩邊，蟑螂仍然能夠快速爬行。賈亞拉姆和富爾將這些實(shí)驗(yàn)攝錄了下來(lái)，然后慢速播放，以觀察蟑螂在行走時(shí)身體發(fā)生了哪些變化，用來(lái)指導(dǎo)CRAM機(jī)器人的設(shè)計(jì)。它只有巴掌那么大，用紙板和聚酯做成。

CRAM機(jī)器人仍然處于原型階段，到目前為止只是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)它進(jìn)行了測(cè)試。富爾稱(chēng)，他們接下來(lái)要確定哪種材料最適合用來(lái)制造。研究人員的最終目標(biāo)是讓CRAM機(jī)器人不僅僅會(huì)爬行，還要讓它能夠轉(zhuǎn)身、跳和攀爬。

幫助尋找被困者

蟑螂仿生搜救機(jī)器人并非賈亞拉姆和富爾的原創(chuàng)，事實(shí)上讓這種動(dòng)物參與搜救工作的嘗試早就開(kāi)始了。蟑螂的生命力相當(dāng)頑強(qiáng)，甚至在核爆炸中也有可能存活下來(lái)?？茖W(xué)家現(xiàn)在賦予它這項(xiàng)新技能，或許有朝一日可以在各種災(zāi)難中營(yíng)救受困災(zāi)民。例如，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究人員2014年就成功為真蟑螂裝配了微型麥克風(fēng)和攝像頭，以幫助搜救隊(duì)探測(cè)到瓦礫中的具體情況，更迅速地找到被困人員。

去年，俄羅斯工程師丹尼爾·波爾徹維和阿列克謝·貝洛索夫博士研制出一種能夠模擬巨蟑螂行為特征的昆蟲(chóng)機(jī)器人。它體長(zhǎng)10厘米，裝配著光敏傳感器，能掃描室內(nèi)環(huán)境，探測(cè)到障礙物，跟蹤周?chē)矬w?？捎糜谒褜ず蛡刹烊蝿?wù)，還能尋找掩埋在地震廢墟中的災(zāi)民。

目前，這款機(jī)器人還不能夠裝配相機(jī)，但是可以攜帶重量10克的物體，一次只能獨(dú)立活動(dòng)20分鐘。設(shè)計(jì)者計(jì)劃下一步裝配一個(gè)小型便攜式相機(jī)，將活動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，與此同時(shí)考慮增強(qiáng)偽裝性，不易被發(fā)現(xiàn)。俄羅斯軍方已表達(dá)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)非常感興趣，研究人員正在準(zhǔn)備將機(jī)器人模型送至軍方部門(mén)進(jìn)行測(cè)試，未來(lái)或?qū)?zhí)行軍事偵察任務(wù)。