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“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

www.creaders.net | 2021-06-26 12:07:18  量子位 | 0条评论 | 查看/发表评论

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

你能想到这个看上去略显呆萌的“异物”,其实是个能挖洞的软体机器人吗?

怎么让我想到了大白?

不仅是长相,连构造上都有点像。

这个挖洞机器人和大白一样也是充气的。

而且在能力上也像大白一样强悍,在没有任何挖掘工具的情况下都能灵活遁地。

比如,短短几秒钟就能钻到沙土里。

这就是最近登上Science子刊《Science Robotics》封面的软体机器人,由加州大学圣巴巴拉分校和乔治亚理工学院的研究人员共同开发。

它能以每秒4.8米的速度在干燥沙土中打洞,还可以在沙里360度灵活转向。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

这也为研究机器人如何在地下工作打开了一个新思路。

目前,该团队已经与NASA达成合作,为月球、土卫二提供挖掘技术。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

深入“地下”也是so easy,速度还非常快。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

而且可以像土行孙一样潜在地下、穿梭自如。

气流遁地术

所以,这个看上去“手无缚鸡之力”的软体机器人,是如何在地下工作的呢?

要知道,地下环境中的阻力可比空气、海洋中的大多了。

这也是机器人尚未能在地下空间大展拳脚的主要原因之一。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

△不同介质中的阻力差别

为此,科学家们开始从地下生物身上找灵感。

首先被想到的就是植物的根茎。

它们能够在地下纵深蜿蜒,主要靠的就是根茎尖端。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

所以这款软体机器人也有一个类似的机械尖端,可以用来开路;主体部分选用了较为光滑的软管,用气体来驱动机器人前进。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

这样可以提升机器人行动的速度和灵活性。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

不过研究人员很快发现,当机器人沙土中越走越远时,它的身体也越来越长,产生的阻力就会随之增加,最终它会因为克服不了阻力而动弹不得。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

这时,他们又想到了章鱼。

章鱼是软体动物,它想要潜入沙堆里时,会先喷出一股水流把沙子打散,然后用触手把自己拉到沙子里。

所以,研究人员在机器人的尖端上又加了一个空气喷流装置。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

让它先把沙子打松散,以降低机器人通过时的阻力。

当机器人前进的阻力问题解决后,研究人员发现它的前进效果还是不够好。

因为机器人总是在沙土里走着走着,就探出了头。

这其实是因为在沙堆中的受力情况非常复杂,除了水平方向上的阻力,还有垂直方向产生的升力。

因此,机器人很难始终保持在一种平衡的状态下。

那么如何让它在地下穿梭自如呢?

这一次,研究人员想到了沙漠中的爬行动物。

比如砂鱼蜥,就可以利用楔形的头部来调整在土里的升力。

为此,研究人员加装了一个垂直方向上的空气喷流,以对抗机器人在潜行过程中会产生的升力。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

从效果看,虽然机器人这样走的非常狂野,但是它能够保持在地下潜行了。

未来将走向太空

像这样的小型软体挖掘机器人,能够应用的场景有很多,比如土壤采样、地下勘探等。

而且这种机器人还能把自己固定在介质中,这对太空低重力环境中的探索非常有意义。

目前,该研究团队已经与NASA开展了一个合作项目,为月球、土卫二开发提供挖掘技术。

通讯作者Elliot Hawkes表示:

我们相信这种挖洞方式有可能为机器人在太空应用开辟新的途径。

Elliot Hawkes是加州大学圣巴巴拉分校机械工程学的一位助理教授,主要研究方向为动力系统和机器人控制。

“土行孙”上Science子刊封面 用气流在地下穿梭

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