仿生機(jī)器人技術(shù) 從蜘蛛得來(lái)的靈感

一個(gè)新的仿生機(jī)器人技術(shù)

“仿生機(jī)器人”是指模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的機(jī)器人。同時(shí)關(guān)于動(dòng)物如何移動(dòng)、處理危險(xiǎn)和保存能量的特別見(jiàn)解和觀察不僅有趣，而且對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域的科學(xué)家也很有價(jià)值。在德國(guó)漢堡舉行的IROS年會(huì)上，類(lèi)似動(dòng)物的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)做出了這樣的貢獻(xiàn)。

來(lái)自南非開(kāi)普敦大學(xué)的三名研究人員展示了他們的研究成果，“一種受蜘蛛啟發(fā)的牽引線使移動(dòng)機(jī)器人能夠進(jìn)行空中俯仰矯正?！?/p>

Stacey Shield、Callen Fisher和Amir Patel在研究一種新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的“空中俯傾斜扶正”方面做出了重大貢獻(xiàn)。動(dòng)物在空中有自我扶正、重新定向、自我穩(wěn)定的天賦;它們會(huì)彎曲或擺動(dòng)尾巴，在遇到挑戰(zhàn)時(shí)給人類(lèi)觀察者留下深刻的印象，比如在空中保持穩(wěn)定，同樣重要的是能夠平穩(wěn)著陸。

至于機(jī)器人，一個(gè)工程上的挑戰(zhàn)是保持在空中的穩(wěn)定性和平穩(wěn)著陸。這個(gè)團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人是為了看看它是否能復(fù)制蜘蛛的跳躍天賦而創(chuàng)造的;也就是說(shuō)，他們對(duì)跳蛛使用的拖絲很感興趣。

這并不是研究人員第一次對(duì)蜘蛛在空中的身體動(dòng)作感興趣。2013年，四名研究人員在《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊》(Journal of the Royal Society Interface)上討論了蛛絲牽引的蜘蛛如何改變?cè)诳諝庵械纳眢w姿態(tài)。

“根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出的瞬時(shí)阻力和絲動(dòng)力進(jìn)一步表明，對(duì)減速和能量耗散的貢獻(xiàn)是相當(dāng)?shù)?，并揭示了蜘蛛?duì)絲動(dòng)力的調(diào)整可以逆轉(zhuǎn)它的身體傾斜，從而實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的最佳著陸?！?/p>

SlashGear的肖恩·麥克格勞恩(Shane McGlaun)注意到了這項(xiàng)研究，以及蜘蛛的種類(lèi)。這款機(jī)器人的靈感來(lái)自于南非開(kāi)普敦大學(xué)的研究小組。這種機(jī)器人被稱(chēng)為L(zhǎng)EAP(裝備有生產(chǎn)線的自主平臺(tái))。為什么蛛絲對(duì)跳蛛如此重要?

IEEE Spectrum的埃文·阿克曼寫(xiě)道:“跳蛛可能不會(huì)織網(wǎng)，但它們?nèi)匀豢梢酝陆z，而且它們和你一樣，不喜歡在沒(méi)有安全繩索的情況下跳入空無(wú)一物?！痹谒鼈兲S之前，它們把自己系在一起，然后在飛行時(shí)釋放更多的絲，這樣如果它們錯(cuò)過(guò)了目標(biāo)，它們就可以抓住自己，然后爬回它們出發(fā)的地方?！?/p>

SlashGear將蛛絲繩與機(jī)器系繩進(jìn)行了比較:“當(dāng)蜘蛛跳躍時(shí)，它會(huì)利用自己制造的一根絲繩作為系繩，有選擇地拉，以確保它能垂直降落。”LEAP也采用了同樣的思路，在機(jī)器人跳躍或從彈射器上飛行時(shí)，用一根編織的尼龍線解開(kāi)線繩?！卑⒖寺f(shuō)，它可以在飛行中發(fā)揮影響，解開(kāi)編織尼龍線使用一個(gè)小直流電機(jī)。

因此，研究人員的跳躍是可控的。SlashGear補(bǔ)充說(shuō)，LEAP是被拋向空中，而不是靠自己的力量跳躍。機(jī)器人通過(guò)周期性的拖拽制動(dòng)來(lái)改變俯仰的方向，從而實(shí)現(xiàn)可控的著陸。SlashGear表示，這使得機(jī)器人可以右側(cè)向上著陸。

研究人員希望對(duì)影響音高反應(yīng)的因素有更深入的了解。在摘要中，作者說(shuō):“研究結(jié)果表明，牽引線也可能起到剎車(chē)的作用，在著陸前減緩蜘蛛的速度?！彼麄冋f(shuō)，他們開(kāi)發(fā)并模擬了蜘蛛在空中跳躍階段的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果:阿克曼說(shuō)，至少在俯仰方面，機(jī)器人能夠右面朝上著陸。