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微小型機(jī)器人 能在水面旋轉(zhuǎn)跳躍

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美國(guó)與韓國(guó)的科學(xué)家日前攜手開(kāi)發(fā)出一種微型機(jī)器人,可以像昆蟲(chóng)一樣在水面跳躍,給人感覺(jué)就像是“水上漂”。 這些年來(lái),隨著科技的飛速發(fā)展,振奮人心的機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的突破。機(jī)器人繼續(xù)變得越來(lái)越先進(jìn),功能越來(lái)越多樣化,比以前更強(qiáng)大、行動(dòng)更靈活、速度更快、智能化程度更高,這樣的進(jìn)步不勝枚舉。 僅在2015年全年,科學(xué)家們便展示了各種各樣令人印象深刻的機(jī)器人——從獵豹式機(jī)器人到勇猛的武士式機(jī)器人,再到針對(duì)作戰(zhàn)而研制的超大機(jī)器人。 近日,一個(gè)研究小組又開(kāi)發(fā)出了像昆蟲(chóng)一樣的機(jī)器人,這種機(jī)器人可以在水面上跳躍,在人工控制的系統(tǒng)中成功模仿人的自然運(yùn)動(dòng)。這也是機(jī)器人領(lǐng)域第一個(gè)這樣的創(chuàng)舉。 這項(xiàng)發(fā)明得益于首爾國(guó)立大學(xué)、哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)和哈佛大學(xué)約翰-保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究人員的集體努力。該研究小組對(duì)水黽和其他幾種昆蟲(chóng)進(jìn)行了分析,它們能以絕對(duì)的速度和靈敏度毫不費(fèi)力地在水面上行走、跳躍。 為了完成這項(xiàng)“絕技”,水黽和其他幾種昆蟲(chóng)能以相對(duì)較小的減速度,結(jié)合較小的力量交替旋轉(zhuǎn)雙腿的曲線邊緣,最終使得腿對(duì)水面產(chǎn)生的壓力可以不超過(guò)水的張力。這種誘人的能力一直困擾著科學(xué)家,他們決心找出全面的分析數(shù)據(jù),用以了解水黽這種類(lèi)似“水上漂”運(yùn)動(dòng)能力背后的原因。 KyuJinCho是首爾國(guó)立大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)副教授,還是首爾國(guó)立大學(xué)生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任,他是領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施此項(xiàng)研究的科學(xué)家之一。他表示:“昆蟲(chóng)需要以合適的速度和充足的時(shí)間接觸水的表面,達(dá)到一定深度才能實(shí)現(xiàn)跳躍。”他補(bǔ)充道:“水黽能夠完美地實(shí)現(xiàn)所有這些事情。” Ho-Young Kim是哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的訪問(wèn)學(xué)者,他與該項(xiàng)研究的另一位帶頭人Eunjin Yang合作,收集了許多水黽并對(duì)它們的行為進(jìn)行全程視頻拍攝,用以研究水黽在水面行走跳躍的動(dòng)力原理。Eunjin Yang是首爾國(guó)立大學(xué)微流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Micro Fluid Mechanics lab)的研究員。 與此同時(shí),來(lái)自首爾國(guó)立大學(xué)、哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所以及哈佛大學(xué)約翰-保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們也在分析水黽。這個(gè)研究小組之所以關(guān)注水黽,是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這種昆蟲(chóng)可以作為他們計(jì)劃開(kāi)發(fā)的機(jī)器人昆蟲(chóng)的完美迭代原型。 研究小組隨后發(fā)現(xiàn),在水面上跳躍的最好方法是在整個(gè)跳躍運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,盡可能長(zhǎng)時(shí)間地維持腿與水面的接觸。這個(gè)團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)建的機(jī)器人昆蟲(chóng)可以向水面施加相當(dāng)于自身體重16倍的壓力,同時(shí)水面張力平衡既不會(huì)被打破,也不會(huì)涉及任何其它復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)制。 其中一位研究人員說(shuō):“由此開(kāi)發(fā)出來(lái)的機(jī)器人昆蟲(chóng)可以取得相同的動(dòng)量和高度——只有在堅(jiān)固的地面上快速跳躍,昆蟲(chóng)才可以產(chǎn)生這種動(dòng)量和高度。但是,現(xiàn)在在水上快速跳躍也可以產(chǎn)生,即在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散跳躍產(chǎn)生的推力,在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持昆蟲(chóng)的腿與水面的接觸。”

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