<p>盡管體型很小，昆蟲卻是驚人的跳躍者，能夠以驚人的速度跳躍數(shù)倍于體長的距離。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)成功地在一個微型機器人身上模仿了這些能力，它可以存儲大量的勢能，然后迅速釋放這些勢能來驅(qū)動跳躍。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊預(yù)計，該設(shè)計最終可以生產(chǎn)完全自主的微型機器人，能夠在不熟悉的地形中導(dǎo)航并自我校正。它們進入小空間的能力可以使它們在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和對渦輪機和噴氣發(fā)動機等大型機器進行維護方面發(fā)揮作用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這款微型機器人的重量不到14克，靈感來自于咔噠甲蟲，咔噠甲蟲可以不用腿就能通過&ldquo;咔噠屈曲不穩(wěn)定性&rdquo;跳起來，通過這種不穩(wěn)定性，一個彈性物體可以快速地從一個狀態(tài)跳到另一個狀態(tài)。當(dāng)點擊甲蟲需要執(zhí)行跳躍時，例如避免捕食者或糾正自己，它們會迅速將身體貼在地面上，以提供跳躍的動力。它們的身體在頭部和腹部之間的一個靈活的鉸鏈中儲存彈性能量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這一過程最初是通過一個內(nèi)部鎖閂控制的，鎖閂可以使甲蟲的身體保持彎曲的位置，但當(dāng)被觸發(fā)時，鉸鏈被釋放，甲蟲的身體迅速展開，從而產(chǎn)生強大的跳躍。</p> <p><br />這款機器人模仿了咔噠甲蟲的工作原理，它有一個可變形的身體，里面有一根不銹鋼的橫梁，橫梁連著一個由尼龍纖維制成的人造肌肉。當(dāng)肌肉收縮時，光束彎曲，儲存彈性能量。最終，光束在剛性軌道上彎曲，導(dǎo)致它迅速翻轉(zhuǎn)并撞擊地面，釋放出儲存的能量，為跳躍提供動力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了開發(fā)最初的原型，美國伊利諾伊大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的研究人員采用了類似于自然選擇的試錯方法。他們使用3D打印機制作了數(shù)百種不同的設(shè)計，在每個階段都采用性能最好的版本。牛津大學(xué)數(shù)學(xué)研究所的Dominic Vella教授和劉明超博士隨后開發(fā)了一個數(shù)學(xué)模型來描述跳躍的不同物理組件，這使得設(shè)計可以進一步優(yōu)化。最后，該團隊增加了一個光傳感器和一個微控制器，這樣機器人就會響應(yīng)光信號而跳躍。</p> <p>&nbsp;</p> <p>維拉教授(牛津大學(xué)數(shù)學(xué)研究所)說:&ldquo;這個機器人結(jié)合了自然設(shè)計和人造創(chuàng)新的優(yōu)點。&rdquo;昆蟲可以移動得非常快，但由于受到天然材料的限制，它們不能儲存大量的能量，而機器人通常儲存大量的能量，但釋放相對緩慢。因為能量儲存在我們的機器人的不銹鋼梁中，它可以達到高能量密度，甚至比點擊甲蟲跳得更高;因為我們的機器人模仿了甲蟲的跳躍技術(shù)，所以它們比一般的機器人跳得更快。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他補充說:&ldquo;也許我們的模型最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是加速度的水平。&rdquo;在跳躍過程中，機器人的峰值加速度達到了250G。相比之下，宇航員發(fā)射太空火箭時的信號是3G左右，而人類的信號是9G左右。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>劉博士(數(shù)學(xué)研究所)說:&ldquo;我們預(yù)計，在未來，以昆蟲為靈感的機器人艦隊可以用于自然災(zāi)害場景，搜索和救援任務(wù)，危險環(huán)境，或其他大型機器人平臺無法進入的情況，而跳躍是在狹窄空間內(nèi)進行小規(guī)模機動的最有效方式。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>扣曲不穩(wěn)定性與兒童彈跳玩具的動力機制相同。你可以在下面的視頻中了解它是如何工作的，該視頻由《數(shù)學(xué)觀察者》制作;一個YouTube頻道，展示了在牛津數(shù)學(xué)天文臺進行的研究。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>