PNAS：科学家受蟑螂启发研制柔性机器人 抗压变形救灾探测

王兴

作者：Robert J. Full

来源：PNAS

发布时间：2016/2/15 14:33:42

科学家受蟑螂启发研制柔性机器人

美国加利福尼亚大学伯克利分校研究人员受到蟑螂“启发”，最新研制了一种柔性“机器人”，可抗压、降低身形、钻入缝隙，今后或许可以用于救灾探测。

蟑螂之所以获称“小强”，部分源于其极强的生命力。蟑螂在实验室测试中受力相当于体重９００倍，却不会受伤。加州大学伯克利分校综合生物学教授罗伯特·富尔２５年前观察发现，美洲种属蟑螂的行进速度能达到每秒近１．５米，相当于其身体长度的５０倍。

富尔在学校主持一间实验室，名为“多学科动物移动效能、动能和力学实验室”，历年观察蟑螂、螃蟹和壁虎等动物行走、奔跑、跳跃、爬行、滑行等方式，探究它们运动过程所蕴含的生物力学基本原理，以求改善机器人设计。

美洲蟑螂让在这间实验室攻读博士的考希克·贾亚拉姆获得灵感。高速摄像机拍下的画面显示，蟑螂身处两块“夹板”之间，当甲板间隔大约１．２７厘米、与“身高”相当时，蟑螂自由行走；间隔调整为０．６厘米、远低于身高时，蟑螂依然全速行进；当间隔仅为０．２５厘米，它们会在夹板之间挤压自己的身体，强行通过。

贾亚拉姆认为，在狭小空间或缝隙内，蟑螂的腿脚受朝向限制，无法正常发挥作用，移动时不得不利用身体其他部位。具体而言，处于受挤压状态时，蟑螂凭借胫节上带有感知能力的刺毛，与夹板摩擦，推动自己。

依据这些观察，贾亚拉姆设计机器人，定名为“可压缩带活关节构造机器人”（ＣＲＡＭ），尺寸与人的手掌相当，受到上下挤压时“腿脚”可以向两侧张开。

只是，与蟑螂相比，这一机器人受挤压能力大为逊色，高度只能降低至正常“身高”的一半。

这种机器人的制作工艺类似于手工折纸，简单且成本低廉，目前由加州大学伯克利分校下属一家企业制作成套件，供机器人爱好者自行组装。

贾亚拉姆和富尔在美国《国家科学院学报》发表论文称，在龙卷风、地震和爆炸等场合，现有绝大多数机器人无法进入废墟，而柔性机器人可通行无阻，帮助探知所处区域是否稳定和安全，发现幸存者所在位置，确定救援人员进入路径。

富尔说，昆虫无所不在，可以说是地球上“最成功的动物”，借鉴昆虫可以让机器人具备类似的能力；借鉴蟑螂的机器人只是原型，却显示沿着一个新方向开发柔性机器人的可行性。（新华社）

http://www.pnas.org/content/early/2016/02/04/1514591113.abstract



http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201621614334217738620.shtm  L