先科新觉 能在水上奔跑的机器人

能在水上奔跑的机器人

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机器人能够在水上行走,这是工程仿生学又一次成功。

让机器人写点字,或者给病人做手术,似乎都还不足以展现它们的优势,现在,卡耐基-梅隆大学的科学家们还能让它们在水上行走。这类研究三年前就开始了,设计出了一种类似昆虫的机器人,具有4到16条腿不等,2到6英寸长,几公斤重,能飞快地在水上跑。机器人是利用水的表面张力来支撑它们的细腿,从而在水上大步行走。

表面张力让水产生类似泪珠状的水滴,可以抵挡住水面破裂。例如,漂浮在水面上的薄纸,插上缝衣针,当纸完全浸湿,甚至开始下沉,针仍然可以漂在水面上。这跟船受到的浮力不同,缝衣针受到的力比水的浮力要大,如果轻轻碰一下,它就会下沉。如果在针的表面涂上防水的材料,那么这个实验会进行得更加完美。

卡耐基-梅隆大学研制的这个机器人就是在腿上涂了一层防水材料,利用水面张力在水上跑。它的腿只有几百微米厚,4英寸长。“它跑的时候,用的是一种双向划桨的动作,向前划,腿是悬在空中的,向后划,腿就推水,但决不会破坏水面张力。”主要研究人员Metin Sitti说。

是什么限制它们的速度?虽然机器人腿的速度比昆虫要快得多(一秒钟动40次,而昆虫还不到10次),但是行进的距离要比昆虫短得多,而且机器人要比昆虫重几百倍。“如果按比例缩小一下,机器人会获得更大能量,也更加轻快得多”。Sitti在谈到昆虫的超速度时说。

但是高速并不是唯一的目标。在水中,一般昆虫的一条腿能够支撑重于腿15倍的身体,而这个时候,蚊子能够支撑的重量是它本身的23倍。机器人却只能支撑体重的一半。另外,昆虫一般由于下雨或是气流变动才会沉下水面,而且总会再次浮上来。这个能力完全归功于长在昆虫腿上的毛,这些毛可以让腿不易沾湿,让空气成为一种浮力或是救生衣。Sitti正在尝试把壁虎脚上的毛弄到机器人腿上,人造毛的研制还需一段时间。他也在尝试使用更加防水的材料,就像那种用在戈尔特斯(Gore-Tex)靴子上的材料。

Sitti说:“大规模制造这类机器人是很便宜的,因为制作它们真的很简单。”除了教育和娱乐功能,它们还可以用于静水生态系统的环境监测,例如池塘和沼泽地。它们携带传感器,在水上行走,输送回信息,开创了一种全新的探听模式。(watermelon)

环球科学

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