哈佛大學(xué)的研究人員以日本古老的剪紙藝術(shù)kirigami為設(shè)計(jì)靈感，研發(fā)出新型軟體機(jī)器人

近日，哈佛大學(xué)的研究人員以日本古老的剪紙藝術(shù)kirigami為設(shè)計(jì)靈感，利用具有感應(yīng)結(jié)構(gòu)的可變形材料來(lái)模擬蛇鱗，從而研發(fā)出一種新型軟體機(jī)器人。該機(jī)器人能夠像蛇一樣，通過(guò)反復(fù)的充氣、放氣來(lái)爬行，可用于搜索和救援等任務(wù)。

研究人員利用蛇鱗“各向異性摩擦”的特性，將該機(jī)器人的重復(fù)性脈沖運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯斑\(yùn)動(dòng)。為了測(cè)試機(jī)器人鱗片皮膚，研究人員制作了多種不同的可拉伸塑料片，并在每片上用激光刻上不同的扁平鱗片圖案，然后將該片材纏繞在由空氣驅(qū)動(dòng)的硅橡膠管周?chē)?。這種結(jié)構(gòu)能夠在機(jī)器人充氣并拉伸塑料片時(shí)，使其扁平的鱗片變形并從身上彈出來(lái)抓住地面，并通過(guò)不斷的充氣、放氣，從而向前移動(dòng)。

為找到最佳的鱗片切割模式，以讓機(jī)器人更好地前行，研究人員嘗試了一系列不同的比例模型，包括線條、梯形、三角形以及圓形。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于這款機(jī)器人來(lái)說(shuō)，最有效的鱗片設(shè)計(jì)是梯形。梯形不僅能夠產(chǎn)生更多的摩擦力，而且這種形狀能夠讓機(jī)器人皮膚得到更多地伸展。當(dāng)機(jī)器人處于充氣狀態(tài)時(shí)，則會(huì)向前伸展，使其鱗片彈起并抓住表面，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，這使得機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中，能夠產(chǎn)生更長(zhǎng)的“步幅”。當(dāng)機(jī)器人向前移動(dòng)時(shí)，只要鱗片設(shè)計(jì)能夠有效地將其錨定在地面上，就能以拉伸的形式進(jìn)行快速移動(dòng)。

研究人員表示，這種可變的塑料性皮膚可在兩方面影響機(jī)器人反應(yīng)速度：一方面，這種皮膚增加了爬行機(jī)器人在剛開(kāi)始充氣時(shí)的延伸長(zhǎng)度；另一方面，在整個(gè)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，其永久的方向紋理結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生高度的“各向異性摩擦”特性。因此，當(dāng)供氣量在0-12ml之間循環(huán)變化時(shí)，該爬行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效率最佳。