未來的搜救高手：蟑螂機器人

編譯｜李忠東

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未來的搜救高手：蟑螂機器人

編譯｜李忠東

運用仿生學原理

據(jù)英國《每日郵報》2月8日報道，美國加州大學伯克利分校的研究人員近日開發(fā)出了一款外型酷似蟑螂的“鉸鏈式可壓縮機器人”（compressible robot with articulated mechanisms，簡稱CRAM）。CRAM機器人的外骨骼帶有可活動的關節(jié)，外殼非常柔軟，可以改變形狀穿行于各種狹小的夾縫，未來極有可能成為一款非常高效的搜救機器人。CRAM機器人的研發(fā)得到了美國陸軍的資金支持，它設計上用到了許多仿生學原理，非常適合在斷壁殘垣中執(zhí)行搜救任務。

CRAM機器人

CRAM機器人部件圖

參與研發(fā)的科學家考西柯·賈亞拉姆和羅伯特·富爾稱，是蟑螂獨特的外形結構、行走方式和“打不死”的頑強生命力給了他們靈感，幫助設計出這款可以穿過瓦礫和狹小空間的機器人。為了讓這些靈感具體化，他們設定了包括“穿越縫隙”，“密閉空間爬行”和“動態(tài)抗壓實驗”等在內(nèi)的多種實驗環(huán)境，測試蟑螂怎樣穿過超小的水平空間和垂直空間，抗壓能力如何。結果顯示它們可以迅速穿過窄至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。科學家還在蟑螂通過時往其身上施加壓力以測試其外骨骼，發(fā)現(xiàn)在受到高于其體重300倍的壓力時仍能迅速穿過縫隙，在受到高于體重900倍的壓力之后仍毫發(fā)無損。

這些測試引發(fā)了研究人員對一種幾乎未經(jīng)探索的行走方式的興趣，將這種行走方式稱為“身體摩擦多腿爬行”。蟑螂在遇到中等程度摩擦力時行走速度最快，頂部遇到的摩擦太大時會慢下來，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到兩邊，蟑螂仍然能夠快速爬行。賈亞拉姆和富爾將這些實驗攝錄了下來，然后慢速播放，以觀察蟑螂在行走時身體發(fā)生了哪些變化，用來指導CRAM機器人的設計。它只有巴掌那么大，用紙板和聚酯做成。

CRAM機器人仍然處于原型階段，到目前為止只是在實驗室對它進行了測試。富爾稱，他們接下來要確定哪種材料最適合用來制造。研究人員的最終目標是讓CRAM機器人不僅僅會爬行，還要讓它能夠轉(zhuǎn)身、跳躍和攀爬。

幫助尋找被困者

蟑螂仿生搜救機器人并非賈亞拉姆和富爾的原創(chuàng)，事實上讓這種動物參與搜救工作的嘗試早就開始了。蟑螂的生命力相當頑強，甚至在核爆炸中也有可能存活下來。科學家現(xiàn)在賦予它這項新技能，或許有朝一日可以在各種災難中營救受困災民。例如，美國北卡羅來納大學的研究人員2014年就成功為真蟑螂裝配了微型麥克風和攝像頭，以幫助搜救隊探測到瓦礫中的具體情況，更迅速地找到被困人員。

①“VELOCIRoACH”機器人

②美國北卡羅來納大學為真蟑螂裝配了微型麥克風和攝像頭

③“VELOCIRoACH”機器人部件圖

④俄羅斯開發(fā)的蟑螂機器人

去年，美國伯克利大學實驗室的另外一支研究團隊設計出一個跟CRAM機器人十分相似的機器人，取名為“VELOCIRoACH”。為了盡可能提高機器人的速度，科學家哈爾丹·鄧肯和他的團隊成員對蟑螂的結構進行了精細地剖析。它的名字并沒有它實際功能那么有魅力，因為人們談起蟑螂時往往感到惡心。

“VELOCIRoACH”是世界上速度最快的蟑螂機器人，每秒的速度可達到2.7米，但是大小卻不到10厘米，電池壽命為30小時。它的運動形式類似于美洲豹，因此并不是真正的蟑螂。但是與CRAM機器人相比，還是顯得稍遜一籌。

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機器人。它體長10厘米，裝配著光敏傳感器，能掃描室內(nèi)環(huán)境，探測到障礙物，跟蹤周圍物體。可用于搜尋和偵察任務，還能尋找掩埋在地震廢墟中的災民。

波爾徹維金和貝洛索夫的設計受到南非巨蟑螂活動性和特征的啟發(fā)，但是俄羅斯境內(nèi)沒有這種蟑螂。他們開始關注一種近似南非巨蟑螂的物種頭蟑螂，后者比前者的體型略小一些，但是活動性和外型非常接近。由于容易暴露，因此頭蟑螂常被描述為“笨蛋蟑螂”。俄羅斯工程師用兩個月的時間對這種昆蟲的精確活動和行為進行了研究之后，確信蟑螂機器人能夠盡可能地模擬真實昆蟲。

目前，這款機器人還不能夠裝配相機，但是可以攜帶重量10克的物體，一次只能獨立活動20分鐘。設計者計劃下一步裝配一個小型便攜式相機，將活動時間延長，與此同時考慮增強偽裝性，不易被發(fā)現(xiàn)。俄羅斯軍方已表達對這項技術非常感興趣，研究人員正在準備將機器人模型送至軍方部門進行測試，未來或?qū)?zhí)行軍事偵察任務。

責任編輯：周洋 1026414103@qq.com