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蛇形機器人

2021-01-17 23:40:46席金合
青少年科技博覽(中學版) 2021年7期

席金合

蛇大概是最不受人待見的爬行動物。這也難怪,蛇令人恐怖的形象和與眾不同的運動式,的確讓人毛骨悚然,避而遠之。其實,蛇除了以滅鼠而平衡生態外,還是重要的仿生對象和靈感源泉。

1972年,日本東京科技大學研制出世界上第一款蛇形機器人,長為2米,全身20個關節,依靠電機來驅動關節左右擺動而前進,功能單一。后來,研究人員將其全身各關節用萬向節連接,使身體能向任何方向彎曲,從而實現了“無肢運動”,諸如蠕動、游動、側移、側滾、抬頭,以及翻越障礙物等。

經過不斷更新換代,日本人最終用柔性材料制成8米長的機器蛇。它表面覆蓋了尼龍細毛。隨著體內電機驅動,細毛末端撞擊地面或接觸面產生向前的彈力,使整個身體匍匐前進。這種機器蛇能抬高頭部的攝像頭探視前面的情景,以便根據地形扭動身子穿越,遇到懸崖或狹縫也能順和利攀爬或鉆入。

美國約輸·霍普金斯大學研制的機器蛇擁有懸停裝置。這種裝置可以讓它像眼鏡蛇一樣翹首直立,或靜止不動,或左右搖晃,而且能通過前后段交替伸展和收縮,使全身向前、向上移動。這種運動方式和蛇爬行的機理一樣,雖然速度不快,但在光滑表面攀爬能穩定不倒,攀爬上床鋪、柜臺和飯桌等都不成問題。

美國卡耐基·梅隆大學研制的蛇形機器人在電視節目上亮相,技驚四座。

原來,它就像真蛇一樣,能根據不同目標做出附著和纏繞動作。遇到直立的物體,如旗桿、大樹和水管等,它就以環繞而上的步態垂直爬上頂端,那搖頭擺尾上樹的形態活靈活現。

此外,研究人員還為蛇形機器人増加了自動鎖定功能。這樣,當從高處墜落時,它可以迅速鎖定接觸到的目標,像蛇樣牢牢地纏繞在上面。

人們常說:“蛇有多長,就有多少顆心?!比绻麑⒁粭l蛇分成小段,每段都能在地上滾動,同樣,模塊化蛇形機器人也具備這種特點。

構成蛇形機器人的模塊都擁有各自獨立的處理器、傳感器、關節,以及電機等,即使段一段地拆解開來也是一個超短機器蛇,具有感知能力,能識別環境和自主運動。這種模塊化設計,可根據實際需要任意增減組件,而且由于各個模塊之間相互配合、協同動作,堅硬的鋼鐵機件就有了“柔軟”的軀體,以便適應各種環境,而且維修也方便。

蛇形機器人可以在不改變體形結構的前提下,通過攀爬、游泳、翻滾,以及鉆爬等運動方式,在復雜和危險的環境中,代替人從事探測、偵察、搜救、考古,以及檢修等作業。

墨西哥地震后,建筑物坍塌形成狹縫,搜救犬和生命探測儀都無法派上用場,而蛇形機器人靈活穿行其間,將麥克風和攝像頭送入廢墟內部,探明廢墟空隙搜尋生命跡象,最終救出9名幸存者。

挪威一家研究院設計的蛇形機器人希望進入太空,配合火星車一起工作?;鹦擒嚳赏ㄟ^電纜給蛇形機器人適時充電。蛇形機器人則能清理障礙物,幫助被困的火星車脫險,并進入其他設備難以涉足的狹窄地帶探查。

美國范德堡大學研發的蛇形機器人堪稱外科醫生的得力助手。在顯微外科手術中,如果大夫的觸黨和視線受限,它可以鉆到患者體內診斷病情或定點給藥,甚至代替醫生完成體內某個部位的復雜手術,比如切除病灶或縫針等。

瞧,蛇給了人們這么多啟示,你是不是有點佩服它呢?

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