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　　仿生機器人科學研究漸漸B4P50PA

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　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業典型研討會

　　美洲獅是陸地上跑得最快的鳥類，蟒蛇能上天入地彎彎曲曲，即使是貌似的跳蚤也能達到200英哩的時速——鳥類世界里的種種奇跡不僅令微生物愛好者們熱血沸騰，還為仿生機器人的設計提供更多了可貴的靈感。多年來，麻省理工學院(MIT)的教授兼機器人設計師安德魯(Sangbae Kim)一直致力將鳥類的病理機制嫁接到機器人頭上，并獲得了一連串令人矚目的成果。日前安德魯推出了自己的最新設計——一只以美洲獅為原型的仿生機器人，其速度僅約每小時35英哩。

安德魯指出，輪式機器人在平地上的作業效率尚可，不過行動速度過慢卻是其致命弱點。比如iRobot公司生產的美國軍用機器人PackBot時速僅為5.8英哩。而美洲獅異常靈巧的脊椎可在奔跑中提供更多額外的加速度或助推力。根據他的計劃，科學研究小組將使用碳-纖維-泡沫合成金屬材料內部結構兩個輕量的機器人原型，其速度可與美洲獅媲美。

多年來，安德魯一直致力衍生自微生物學模型的機械設計。他認為，鳥類王國為締造移動機器人提供更多了最可貴的靈感。體育運動是鳥類生活的核心部份，也是其最重要的機能之一。它們需要不斷地尋找食物、水源、住處或逃離天敵。通過對其病理機制的簡化和改造，以安德魯領銜的科學研究小組締造了一連串頗具突破性的仿生機器人。其中包括不久前面世的蟒蛇機器人Stickybot。安德魯介紹說，蟒蛇能在橫向的墻面上彎彎曲曲，其速度約為每秒1米。這種非凡的能力使其成為食腐機器人的完美榜樣。蟒蛇的身手之所以如此靈巧，其奧秘是一種名為“定向粘連”(directional adhesion)的機能，它能使蟒蛇在行進過程中另一面牢牢吸附在墻面上，另一面迅速地將四肢與墻面分離。此外，蟒蛇的座套上覆蓋著一層絨毛，其直徑至多是人體細絲的千分之一。在分子間的相互作用力下，這層絨毛能牢牢地附著在物體表層，從而在橫向爬墻的過程中支撐蟒蛇的體重。

安德魯借鑒了蟒蛇的內部結構，為Stickybot打造出了一種擁有聚酯纖維毛發的座套。由于其厚度大于蟒蛇的腳掌，機器人的爬行能力也受到了一定的限制。現階段它只能爬墻非常平滑的表層，如玻璃或Chalancon。不過，以安德魯領銜的科學研究小組正致力完善相關技術，以期未來Stickybot能夠爬墻紋理不均勻的墻面。屆時食腐機器人的應用范圍亦將得到極大的拓展，如水下石油管道的維修和高樓窗戶的清洗等。

除了蟒蛇之外， 蜘蛛也為安德魯的食腐機器人設計提供更多了不少靈感，比如現階段正在接受試驗的Spinybot——兩個六足機器人，它頭上的微型爪子或小刺反之亦然可對物體產生機械性能。和貓類不同，Spinybot無需用小刺穿透物體表層，只需“摳”住那些輕微的凸起或凹陷即可行進。它的每只腳上約有10個chorus，每個腳趾上都有兩根科紫麻，上面的機械裝置能獨立拉伸，以期分擔體重。此外，身后的尾巴也減少了前肢所需的力量。現階段SpinyBot的研制已經獲得了成功，科學研究小組的下兩個目標是利用該技術打造出重型機器人。

跳蚤或許是世界上最貌似的微生物，不過它在安德魯的科學研究中反之亦然扮演了重要的角色。跳蚤在1秒中逃竄的路程是其人體長度的50倍，按照人類的標準換算即為每小時200英哩。安德魯在實驗中辨認出，跳蚤腿的漠視頻率約為每秒鐘15次，它們主要是依靠自身的力學性能行進，而不是對腳部體育運動的精確控制。正是基于這一辨認出， 安德魯設計了自己的第一款仿生機器人——iSprawl，以期對體育運動動力學、腳部的設計和組織理念進行試驗。它是兩個手掌大小的六足機器人，擁有一塊電池、兩個電動馬達、固定式式電纜傳輸控制系統和電力輸送控制系統，該控制系統可將旋轉功力轉換為腳部的推力，其速度僅約每秒7.5英尺。隨著iSprawl的面世，安德魯的“蔓延式”(sprawl)機器人家族也開始在科學界嶄露頭角。

　　( 文章來源：網絡 )

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