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蛇形机器人

2021-01-17席金合

青少年科技博览(中学版) 2021年7期
关键词:蛇形火星车机器

席金合

蛇大概是最不受人待见的爬行动物。这也难怪,蛇令人恐怖的形象和与众不同的运动式,的确让人毛骨悚然,避而远之。其实,蛇除了以灭鼠而平衡生态外,还是重要的仿生对象和灵感源泉。

1972年,日本东京科技大学研制出世界上第一款蛇形机器人,长为2米,全身20个关节,依靠电机来驱动关节左右摆动而前进,功能单一。后来,研究人员将其全身各关节用万向节连接,使身体能向任何方向弯曲,从而实现了“无肢运动”,诸如蠕动、游动、侧移、側滚、抬头,以及翻越障碍物等。

经过不断更新换代,日本人最终用柔性材料制成8米长的机器蛇。它表面覆盖了尼龙细毛。随着体内电机驱动,细毛末端撞击地面或接触面产生向前的弹力,使整个身体匍匐前进。这种机器蛇能抬高头部的摄像头探视前面的情景,以便根据地形扭动身子穿越,遇到悬崖或狭缝也能顺和利攀爬或钻入。

美国约輸·霍普金斯大学研制的机器蛇拥有悬停装置。这种装置可以让它像眼镜蛇一样翘首直立,或静止不动,或左右摇晃,而且能通过前后段交替伸展和收缩,使全身向前、向上移动。这种运动方式和蛇爬行的机理一样,虽然速度不快,但在光滑表面攀爬能稳定不倒,攀爬上床铺、柜台和饭桌等都不成问题。

美国卡耐基·梅隆大学研制的蛇形机器人在电视节目上亮相,技惊四座。

原来,它就像真蛇一样,能根据不同目标做出附着和缠绕动作。遇到直立的物体,如旗杆、大树和水管等,它就以环绕而上的步态垂直爬上顶端,那摇头摆尾上树的形态活灵活现。

此外,研究人员还为蛇形机器人増加了自动锁定功能。这样,当从高处坠落时,它可以迅速锁定接触到的目标,像蛇样牢牢地缠绕在上面。

人们常说:“蛇有多长,就有多少颗心。”如果将一条蛇分成小段,每段都能在地上滚动,同样,模块化蛇形机器人也具备这种特点。

构成蛇形机器人的模块都拥有各自獨立的处理器、传感器、关节,以及电机等,即使段一段地拆解开来也是一个超短机器蛇,具有感知能力,能识别环境和自主运动。这种模块化设计,可根据实际需要任意增减组件,而且由于各个模块之间相互配合、协同动作,坚硬的钢铁机件就有了“柔软”的躯体,以便适应各种环境,而且维修也方便。

蛇形机器人可以在不改变体形结构的前提下,通过攀爬、游泳、翻滚,以及钻爬等运动方式,在复杂和危险的环境中,代替人从事探测、侦察、搜救、考古,以及检修等作业。

墨西哥地震后,建筑物坍塌形成狭缝,搜救犬和生命探测仪都无法派上用场,而蛇形机器人灵活穿行其间,将麦克风和摄像头送入废墟内部,探明废墟空隙搜寻生命迹象,最终救出9名幸存者。

挪威一家研究院设计的蛇形机器人希望进入太空,配合火星车一起工作。火星车可通过电缆给蛇形机器人适时充电。蛇形机器人则能清理障碍物,帮助被困的火星车脱险,并进入其他设备难以涉足的狭窄地带探查。

美国范德堡大学研发的蛇形机器人堪称外科医生的得力助手。在显微外科手术中,如果大夫的触党和视线受限,它可以钻到患者体内诊断病情或定点给药,甚至代替医生完成体内某个部位的复杂手术,比如切除病灶或缝针等。

瞧,蛇给了人们这么多启示,你是不是有点佩服它呢?

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