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2016-08-25

打不死的「小强」变身机器人,未来搜救工作的小能手!

生活中,无孔不入还打不死的蟑螂「小强」十分令人头疼。它具备坚韧的外骨骼,在远低于自己身体高度的缝隙中还能生存。这样的能力却引来了科学家的研究兴趣。

美国加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)生物学团队就从它们的身体结构和运动方式上得到灵感,研发出了一款就算遭受强力挤压,仍能毫发无伤并敏捷穿越狭窄空间的仿生蟑螂机器人 CRAM (compressible robot with articulated mechanisms)——具铰接式机构的可挤压式机器人。

其实蟑螂身上的外骨骼其实并不是一整片僵硬、易脆的外壳,而是由具延展性的软膜所连结的多片硬壳层叠组成。让这层外骨骼在有效保护柔软躯体的同时,也保留了聚合与发散的弹性。

这样精巧的构造,让随处可见的蟑螂在承受将近它们体重 900 倍的压力下毫发无损,300 倍的压力下移动自如。即使当它们在约只有它们「身高」 三分之一的窄缝爬行时,仍能有每秒 15 厘米的惊人速度!

10 倍慢放蟑螂钻过 3 mm 的窄缝

正如同它所模仿的原型蟑螂一样,CRAM 机器人是由一系列富弹性、可变形的塑胶片「铰接」 组成具弧度的外壳。这层外壳跟真实蟑螂的外骨骼一样,是与其机体构造紧密结合的一部份,因此加上外壳后只让其原体积增加了 25%。

这样特殊的外骨骼结构设计,搭配上具有弹性的「背脊」和纵向配置的弯曲腿部,不仅让 CRAM 机器人得以向两侧摊平,腿部可以随着向外摊的躯干顺势旋转高达 90 度之多,还能使它承受高达 1 公斤(约其本体重量的 20 倍)的压力。

CRAM 在正常情况下的长 18cm、高 7.5cm,重量只有 46g,爬行的秒速为 27cm(亦即每秒可以移动约自体 1.5 倍身长的距离)。当它受挤压时,则能将身体压扁至只剩下 3.5cm 的厚度,垂直压缩比率超过 50%,仍然可以达到每秒 14cm 的高速!

仿生蟑螂机器人正常爬行
仿生蟑螂机器人通过上图一半高度的通道

拥有坚韧外骨骼保护柔软身躯的仿生蟑螂机器人,既具备传统硬式机器人的行动速度与爆发力,也有软机器人的弹性、韧性,未来它还极有可能成为一款高效的搜救小能手!

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