微型機(jī)器人一直是一個很炫酷和奪人眼球的話題。早在幾年前的電影中導(dǎo)演就向我們展示了微型機(jī)器人的魅力。然而現(xiàn)在，美韓聯(lián)合已經(jīng)研制出一種類似于水黽的機(jī)器人!此款機(jī)器人能夠像昆蟲一樣在水面上跳躍。給人感覺就像是“水上漂”。
機(jī)器“人”在“水上漂”
這些年來，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)變得越來越先進(jìn)，功能越來越多樣化，比以前更強(qiáng)大、行動更靈活、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，再到針對作戰(zhàn)而研制的超大機(jī)器人。
近日，一個研究小組又開發(fā)出了像昆蟲一樣的機(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。這也是機(jī)器人領(lǐng)域第一個這樣的創(chuàng)舉。
這項發(fā)明得益于首爾國立大學(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。該研究小組對水黽和其他幾種昆蟲進(jìn)行了分析，它們能以絕對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“絕技”，水黽和其他幾種昆蟲能以相對較小的減速度，結(jié)合較小的力量交替旋轉(zhuǎn)雙腿的曲線邊緣，最終使得腿對水面產(chǎn)生的壓力可以不超過水的張力。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似“水上漂”運(yùn)動能力背后的原因。
Kyu Jin Cho是首爾國立大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)副教授，還是首爾國立大學(xué)生物機(jī)器人實(shí)驗室主任，他是領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施此項研究的科學(xué)家之一。他表示：“昆蟲需要以合適的速度和充足的時間接觸水的表面，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學(xué)者，他與該項研究的另一位帶頭人Eunjin Yang合作，收集了許多水黽并對它們的行為進(jìn)行全程視頻拍攝，用以研究水黽在水面行走跳躍的動力原理。Eunjin Yang是首爾國立大學(xué)微流體力學(xué)實(shí)驗室(Micro Fluid Mechanics lab)的研究員。
與此同時，來自首爾國立大學(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。這個研究小組之所以關(guān)注水黽，是因為他們認(rèn)為這種昆蟲可以作為他們計劃開發(fā)的機(jī)器人昆蟲的完美迭代原型。
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跳躍運(yùn)動過程中，盡可能長時間地維持腿與水面的接觸。這個團(tuán)隊所創(chuàng)建的機(jī)器人昆蟲可以向水面施加相當(dāng)于自身體重16倍的壓力，同時水面張力平衡既不會被打破，也不會涉及任何其它復(fù)雜的運(yùn)動機(jī)制。
其中一位研究人員說：“由此開發(fā)出來的機(jī)器人昆蟲可以取得相同的動量和高度——只有在堅固的地面上快速跳躍，昆蟲才可以產(chǎn)生這種動量和高度。但是，現(xiàn)在在水上快速跳躍也可以產(chǎn)生，即在較長時間內(nèi)擴(kuò)散跳躍產(chǎn)生的推力，在較長時間內(nèi)維持昆蟲的腿與水面的接觸。”
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