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踩扁還能跑的“蟑螂機器人”:未來或用於災害救援
華夏經緯網   2019-08-18 09:29:29   
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    博士生研發“蟑螂機器人”踩扁還能接著跑

  一般人見到蟑螂,第一反應是趕緊踩死,但有時候,抬起腿會發現蟑螂居然還能跑。相比其他人趕緊再補上一腳,90後清華大學博士生吳一川卻在思考怎麼利用蟑螂的“超能力”。 近日,以他為第一作者的一篇講述“蟑螂機器人”的論文發表在機器人領域的頂尖期刊上。吳一川接受北京青年報記者採訪時表示,這個“蟑螂機器人”可以實現像蟑螂一樣的高速運動,並能耐受一定程度的踩踏,未來有望應用於災後搜救、環境監測等領域,為人類服務。

  成果

  “蟑螂機器人”生命力很頑強

  近日,國際頂尖機器人領域期刊《科學》雜誌子刊《科學—機器人學》上發表了一篇“蟑螂機器人”的論文,引發不少網友熱議。

  17日,吳一川告訴北青報記者,這篇論文的科研團隊來自清華大學王曉浩教授課題組和美國加州大學伯克利分校林立偉教授課題組。吳一川介紹,蟑螂雖然是一種害蟲,但其運動速度非常快,生命力也極其頑強,“有研究指出,蟑螂是和恐龍一個時代的生物,其存活至今,說明背後肯定隱藏著一些值得我們人類了解的知識。”

  2016年,吳一川通過清華大學的合作項目,前往加州大學伯克利分校開展科研工作,並開始將蟑螂的特性應用到機器人上。

  “相比于剛性機器人,柔性機器人沒有剛性部件容易脆斷的限制,我們目前研究出的機器人的驅動材料用的是一種柔性壓電材料,這種材料本身可以將機械能轉化成電能,但我們將這個作用反了過來,給它電力,讓它變形。”吳一川介紹,基於這種材料,進行特定的結構設計,就可以在沒有多少重量的情況下,讓機器人模擬出蟑螂的一些動作特徵。

  揭秘

  為研究把蟑螂視頻看了幾十次

  為了讓機器人實現蟑螂般的快速移動,吳一川和加州大學伯克利分校一位長年研究蟑螂的生物學家羅伯特·福爾教授展開了合作:“教授發現,蟑螂移動的時候,通過腿部的動作,有時是騰空跳躍的,只不過因為這個騰空的高度相比我們人類太低了,我們很難發現。”

  為了還原蟑螂的移動,課題組把用高速攝像機拍下來的蟑螂移動的視頻研究了幾十次,“我們需要找到蟑螂的重心,因為電腦根據圖像分析出來的重心只能做一個參考,所以還得將圖像放大,親自計算。”吳一川介紹,經過計算,蟑螂移動時候的重心連成線畫出來的話,就仿佛一條波浪線,這也反映了蟑螂是如何“跳著走”的。據悉,目前研製的一系列的“蟑螂機器人”長度約為1~3釐米,重量小于1/10克,其中1釐米的機器人的運動速度可達每秒20釐米,相當於20倍的自身長度,還具備一定的爬坡和攜帶負載的能力。

  吳一川介紹,除了在運動速度上接近蟑螂,利用柔性材料製作的機器人還能在耐壓層面上接近蟑螂的能力。先前的研究發現,蟑螂在承受自身重量900倍的壓力後,仍能保持生命力,這相當於一個60公斤的人承受住了54噸的壓力。

  吳一川介紹,在實驗中,研究人員將一個100克的砝碼放在“蟑螂機器人”上,“蟑螂機器人”幾乎被壓扁了,但將砝碼取走後,“蟑螂機器人”仍然能夠高速運動,速度幾乎沒有受到影響。“後續的實驗中,我親自站到了‘蟑螂機器人’上面,我的體重差不多就是60公斤,我離開之後,再次測試蟑螂機器人的速度,發現其仍能保持一般的性能。某種程度上,‘蟑螂機器人’具備了類似真蟑螂的抗壓能力。”

  應用

  未來或可用於災害救援

  據介紹,包括“蟑螂機器人”在內的微型軟體機器人未來應用前景非常廣泛,有望在災害救援、管道檢測、偵察監聽等隱蔽狹小空間作業場合大顯身手。“比如在救災的時候,一些人和搜救犬進不去的地方,‘蟑螂機器人’就可能發揮作用,如果‘蟑螂機器人’達成集群,就可能取得更高效的監測效果。”吳一川說。

  不過,吳一川坦言,現在研究只是邁出了第一步。“目前此款機器人達不到完美,比如電源還是依靠外部供電,需要導線連接。負重等能力也還需要進一步增強,以便攜帶微型感測器。未來我們會和能源等領域的專家合作,爭取讓包括‘蟑螂機器人’在內的軟體機器人更多、更好地為人類服務。”文/本報記者 屈暢 實習記者 汪楊清

來源:北京青年報

 

責任編輯:侯哲

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