長期以來,,蟲子一直嘲笑機器人專家,,說它們是多么不可思議,。令人驚訝的移動,,令人驚訝的高效和超級強大,在某些情況下,,真的非常便宜,。但制造一個與昆蟲相當?shù)臋C器人是極其困難的——如此困難以至于通常更容易的是劫持活著的昆蟲本身,讓它們?yōu)槲覀児ぷ?。你知道比這更簡單的是什么嗎?
蜘蛛基本上是液壓(或氣動)抓手,。活著的蜘蛛通過一個內(nèi)部的瓣膜系統(tǒng),,通過四肢的每個肢體調(diào)節(jié)血壓來控制它們的四肢,。較高的壓力會使肢體伸展,當血壓降低時,,拮抗屈肌會使肢體彎曲,。順便說一句,這就是為什么蜘蛛從死亡的纏繞中掙脫出來時,,它們的腿都蜷縮起來:因為沒有血壓來平衡屈肌的力量,。
這意味著,驅(qū)動一只蜘蛛的8條四肢是相對簡單的,。只要把它插在閥門系統(tǒng)的中間,,注入一些空氣,噗的一聲,,所有的腿就會膨脹并伸直,。
我們的策略與生物啟發(fā)的方法不同,生物啟發(fā)的方法是研究人員通過觀察蜘蛛的物理形態(tài)來設計思想,,然后在復雜的工程系統(tǒng)中實施,,也不同于生物混合系統(tǒng),生物混合系統(tǒng)以活性或活性生物材料作為系統(tǒng)的基礎,,要求仔細和精確的維護,。
我們對蜘蛛尸體進行了改造,創(chuàng)造了一個氣動驅(qū)動的抓取器,,只需一個簡單的組裝步驟,,就可以實現(xiàn)完整的功能,從而避免了通常的流體驅(qū)動執(zhí)行器和抓取器所需要的繁瑣和約束性的制造步驟,。
萊斯大學普雷斯頓創(chuàng)新實驗室的研究人員在《高級科學》雜志剛剛發(fā)表的一篇論文中描述了這項工作,。在這篇論文中,研究小組對這種死去的蜘蛛抓取器的性能做了一些描述,,結(jié)果令人印象深刻:它可以舉起1.3倍于自身重量的物體,,產(chǎn)生0.35毫牛頓的峰值抓取力,在四肢或閥門系統(tǒng)開始顯著退化之前,它至少可以啟動700次,。1000次循環(huán)后,,死蜘蛛的連接處出現(xiàn)了一些裂縫,可能是因為脫水,。但研究人員認為,,通過給蜘蛛涂上一層類似蜂蠟的東西,他們可能會在很大程度上阻止這種分解,。這種蜘蛛爪能夠成功地抓取各種物體,,可能是因為腿固有的順應性,以及腿上類似定向粘合劑的毛發(fā)狀微結(jié)構(gòu)的組合,。
不幸的是(雖然有些明顯),,我們不能說在研究過程中沒有蜘蛛受到傷害,。根據(jù)該論文,生物原料(即蜘蛛尸體)是通過將狼蛛置于冷凍溫度(約-4°C)下安樂死5-7天獲得的,。研究人員指出,,目前的文獻中沒有關于蜘蛛的倫理來源和人道安樂死的明確指南,考慮到我們對一些蜘蛛可愛但仍然可怕的性格了解多少,,這真的是應該解決的問題,。
狼蛛是一個方便的選擇,因為它施加的抓取力大約等于它自己的重量,,這就引出了一個有趣的問題:不同大小的蜘蛛會有什么樣的表現(xiàn)?根據(jù)比例分析,,研究人員認為10毫克的跳蛛可以施加超過其體重200%的抓握力,而200克的歌利亞蜘蛛只能用其體重10%的力抓握力,。但也就是20克,,可是歌利亞蜘蛛很大。
無論是好是壞,,昆蟲似乎最有可能提供死亡機器人的潛力,,因為制造這種規(guī)模的氣動、關節(jié)和肌肉可能非常具有挑戰(zhàn)性,,如果不是不可能的話,。尤其是蜘蛛(以及其他類似蜘蛛的昆蟲),它們能提供生物可降解的,、環(huán)保的按需驅(qū)動功能,,研究人員希望這種功能能得到顯著擴展。電容式接近傳感器可以實現(xiàn)自主性,,例如,,謹慎地捕捉小型生物,,以便在現(xiàn)實場景中采集樣本。四肢的獨立驅(qū)動可以導致機器人的運動,。研究人員還計劃探索鞭蝎的高速關節(jié),,以及patu digua蜘蛛的真正微尺度操作。