这可能是钓鱼佬们一辈子都没见过的场景:一只“彩色小火车”在水面上快速前进,水中的鱼群不仅没有被惊吓得四处逃窜,居然还朝着它游动聚集......
嘿,为什么水面一个小小的涟漪都能惊走鱼儿,而它却能在鱼群的拥护下完成水上前行?
以色列新型爬行机器人
先别惊讶,这艘“彩色小火车”其实是一种爬行机器人,具有特殊的微型波浪结构,这种结构让它在水中产生的扰动非常小,生物友好性强,以至于鱼群都不会受到惊扰。
同时,它还是个“两栖动物”,除了能在水中快速前行,也能在陆地上勘探复杂地形!
开发者来自于以色列内盖夫本古里安大学的机械工程学院,该研究发表于期刊《Bioinspiration & Biomimetics》(生物灵感与仿生学)。
“彩色小火车”是如何游动的?
机器人由螺旋、空心连杆、旋转关节、驱动模块和防水外壳组成,总重仅1245g,十分轻巧。
所有的旋转关节及驱动模块都集中在机器人的“脊椎”上,在前进时,“脊椎”能像波浪一样不停转动,这也是机器人运动的秘诀。
但一定有人好奇,这种波浪机制是如何实现的?
研究人员通过互相连接的关节点将连杆的运动限制在了垂直平面上,同时由电机转动螺旋,使它们只能跟随转动螺旋的2D投影进行上下起伏运动。
该团队在原有设计的基础上将连接件设计为凹凸咬合的齿状件,从而避免零件在运动中发生碰撞。科研团队利用爬行数值进行仿真优化,从避免碰撞和运动效率方面出发,最终选择半径为2.5cm的连杆。
同时,科研团队通过实验对比发现,当机器人浸没的深度与波的总高度比值在40%~50%之间时,可以拥有最大推力,所以在尾部两侧各设置了一个漂浮物。
在进行室内爬行和游泳试验时,科研团队还发现若给机器人加设两个轮子,能够有效提高它的游泳速度,最高游泳速度可达52cm/s。
为让机器人能在水中转弯,研究人员还在尾部设置了方向舵。
在陆地表现如何?
上述优化都是为了提高机器人的游泳表现,而下面的优化则是为了提高其陆地爬行表现。
初号机是通过齿状连杆和地面的接触形成向前的波状蠕动爬行,为了让它的爬行速度有所提升,科研人员在它的头部两侧设置了两个S型腿。
因为它在水中和路面上的波都是以相同方向前进的,所以它能轻松完成水和陆地之间的运动过渡。
总的来说,区别于其它仿生机器人,它不需要通过系绳来保持驱动源,这使得它能够在诸多狭窄空间下完成探索,拓展了活动空间和应用方向,可应用于灾后的水下废墟救援、水下考古和水管探伤作业等场景中;在水中时,这款机器人不仅具有生物友好性,还能结合摄像头将它应用在水生物习性的研究中。