机器人“花样游泳”:可水面跳跃的微型机器人

眼下,第16届游泳世锦赛正在俄罗斯喀山进行中,有“水中芭蕾”之称的花样游泳吸引了大部分泳迷的热切关注目光。如此多美女运动员在水中翩飞的优雅动作,带来了力量、技巧和艺术的感官享受。在泳池之外,已经有科学家通过生物仿生技术,设计出了水上微型“花样游泳”机器人。

首尔国立大学的工程师团队研发出了一种可在水面跳跃的机器人。为了赋予机器人这种能力,该团队的工程师研究了水黾的生物结构。

科学家们如今已经制作出了能够在水面上浮动甚至行走的机器人,但他们的探索并未就此止步。最近,首尔国立大学的工程师团队就又研发出了一种可在水面上跳跃的机器人。

为了赋予机器人在水面上跳跃的能力,该团队的工程师研究了水黾的生物结构。水黾是一种可在池塘水面上轻松跳跃的昆虫,但我们对于它的这种能力却知之甚少。因此,尝试在机器身上重现这种能力也能帮助我们更好的理解昆虫本身。

根据高速摄影的分析,水黾的腿在跳跃时会以表面张力能够承受的最高速度压下水面,下压的幅度越大,腿下产生的表面张力也就越高,最后也就跳得越高。但如果推力超过了水面的承受范围,那么水黾的腿就会沉到水中。

想要在池塘上欢快地跳跃,水黾需要找到最佳平衡:既要最大程度地利用表面张力,又不会太过用力而刺破水面。为了实现这一点,水黾会旋转自己的中足和后足,而不是简单地将它们向下推。这样做可以增加腿部和水面的接触时间,从而创造了更多的时间去建立动量。

想要模仿这种行为方式,水面弹跳机器人也需要和水黾一样长长的脚。与此同时,它的自身重量还必须足够轻,足部还需要具备疏水能力。

研究者们最终所制作出的微型机器人的确具备不俗的跳跃能力,达到了其理论上最大加速度的92%。为了实现扭矩的最大化,这种机器人的腿要比水黾还要长5厘米。它们的身体上还配备了一个弹簧式的装置,在被一小根电热丝加热之后,该装置的刚性就会发生改变,并触发跳跃的动作。

这种机器人究竟有没有任何实际用途?这一点我们并不得而知。可即便它们没有,这项研究也的确增加了学界对于表面张力和运动的理解。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2015-08-04

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