蛇，可謂最具發(fā)明力的植物之一。它們可以或許疾速行為，悄然進步，攀越山地，擠進很小的洞內(nèi)，乃至可以略微滑翔一會兒。并且雖然外不雅與蜥蜴有些類似，但蛇類完整沒有四肢。
蛇的發(fā)明力給研討人員帶來想象力。歷久以來，機械人專家們一向努力于蛇形機械人的研討，這重要是為懂得決受限空間中的多功效靈活性這一困難。斟酌到這一點，今朝市情曾經(jīng)具有各類可以或許很好模擬蛇類“步態(tài)”的無肢機械人。但是，蛇類之所以特殊，毫不純真是由于其不具有四肢——蛇鱗異樣居功至偉。
上周末，哈佛年夜學(xué)研討人員揭橥了一篇關(guān)于新型機械人的論文，應(yīng)用蛇鱗構(gòu)造的“各向異性磨擦特征（anisotropic frictional properties）”，從剪紙藝術(shù)找到設(shè)計靈感，可以或許制作出一種充氣式柔性機械人，經(jīng)由過程充氣與放氣的輪回舉措完成匍匐。
哈佛年夜學(xué)愿望如許的柔性機械人用于摸索辣手且風(fēng)險的地形、停止勘察或履行摸索及救濟，或許將該項技巧小型化以履行人體內(nèi)的醫(yī)療義務(wù)——這意味著，將改良過于龐雜的機械人構(gòu)造這一年夜缺點。
這款機械人完成活動的癥結(jié)在于“皮膚”。在拉伸時，機械人的表面面采取更具抓地力的三維紋理——剪接式鱗片皮膚的運用，為機械人供給了向前挪動所必須的穩(wěn)固抓地力。
哈佛年夜學(xué)約翰保爾森工程與運用迷信學(xué)院的Ahmad Rafsanjani表現(xiàn)，“我們曾經(jīng)證明，剪紙工藝道理可以被歸入柔性機械人傍邊，從而以遠(yuǎn)簡略于先前技巧的方法更快、更廉價地完成活動才能。”這類簡化后果，表現(xiàn)在該機械人只須要一臺機電便可驅(qū)動——而原有柔性機械人常常須要多套驅(qū)動裝配。
詳細(xì)設(shè)計方面，研討人員們應(yīng)用激光切割機在塑料片上刻下多個微型瘦語，爾后將該資料環(huán)繞糾纏在可收縮與放氣的硅膠管四周。在充氣時，瘦語會彈起并捉住空中。而在放氣時，機械人便可向前挪動。該膠管自己還包裹有凱夫拉爾纖維，用以堅持機械人的固無形狀。
全體蛇鱗都指向雷同的偏向，從而提到可應(yīng)用的磨擦力，使蛇體更輕易向前挪動而非向后挪動。固然這會使蛇很難向后挪動，但同時亦意味著蛇類可以起首將全體鱗片張開以取得向前的動勢，爾后沿腹部收攏以推進身材撤退退卻。如斯一來，只需蛇鱗在前后挪動的進程中磨擦力相等，其便可稍微退后。再有，因為蛇鱗存執(zhí)政向，是以其一側(cè)滑膩而另外一側(cè)粗拙。這意味著只需蛇類可以或許逗留在外面，其便可順?biāo)煜蚯芭矂印Ｖ档靡惶岬氖牵@也恰是bristlebots的任務(wù)道理。
為了制作與蛇鱗相似的鱗片皮膚，該團隊制作了各類可伸縮的塑料片，測驗考試了多種分歧的瘦語外形，且每片鱗片都經(jīng)由過程激光蝕刻刻有奇特的圖案。這類構(gòu)造使得機械人在軀體收縮并拉伸鱗片資料時，本來均勻的鱗片會變形并從機械人體內(nèi)彈出，進而捉住空中并將軀體的重復(fù)收縮轉(zhuǎn)化為向前活動。這類方法簡略、本錢昂貴且異常有用。
經(jīng)由三角形與圓形切割以后，該團隊終究發(fā)明梯形鱗片最合適這款特定蛇形機械人，不是由于梯形可以或許發(fā)生更年夜的磨擦力，恰好相反，梯形許可鱗片得以充足舒展，從而贊助機械人在收縮本身軀體時得以發(fā)生更長的“步幅”。只需鱗片設(shè)計可以或許在機械人向前挪動時有用將本身錨定在空中上（供給更壯大的抓地力），那末機械人便可將向前挪動疾速轉(zhuǎn)換為原地拉伸。而假如對三角形鱗片停止過度拉伸，那末塑料表層會稍微涌現(xiàn)永遠(yuǎn)變形，這意味著即便機械人處于放氣階段，鱗片也依然稍為張開。
但是，研討人員留意到，鱗片設(shè)計存在一項缺陷，即在機械人處于放氣狀況時，鱗片所能發(fā)生的磨擦力將明顯下降——這是由于鱗片在此階段會被發(fā)出。要處理這個成績，他們須要確保機械人弗成停止充足放氣——當(dāng)供氣量在0到12毫升之間輪回變更時，該匍匐機械人的運轉(zhuǎn)效力最好，相較于采取純?nèi)嵝约艚悠つw樹立的履帶式設(shè)計，前者的活動效力凌駕約22%。
該團隊還實驗了繩狀與非繩狀體系設(shè)計原型。在繩狀設(shè)計傍邊，繩子用于向履帶供給充氣用的空氣。但為了完成終究版本的完整主動化，其尾部須要充滿各類電源、掌握器、履行器和傳感器。
這不是機械人初次從蛇身上找靈感設(shè)計。斯坦福年夜學(xué)所開辟的救濟機械人與Eelume公司的水下維修機械人異樣與蛇類相干。同時，也曾經(jīng)涌現(xiàn)了剪紙式設(shè)計在太陽能電池與石墨烯納米技巧范疇的運用。不外據(jù)我們所知，哈佛年夜學(xué)的蛇形機械人是初次將兩者設(shè)計研討加以聯(lián)合。
