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6只17g机器人竟可以拖动1.8吨汽车,如此神奇机器人灵感来自大自然

机器人大讲堂 2018-11-27 09:31 发文

导读

想要拖动一辆1.8吨的汽车想必大家会想出一万种方法,但像上图这样,用六只火柴盒大小的机器人拖着汽车走的场景(它的研究人员称,这相当于6个人合力拉动埃菲尔铁塔)是你万万没想到的吧?当然,这不是科幻电影,它是美国斯坦福大学研制出来的产品——Micro Tug


作者|海蛟



Micro Tug只有火柴盒般大小,体重不到17克,它制作简单,基本上靠3D打印就可以,当然也很廉价只有20美元,相比于那些动辄上百万的机器人它就显得亲民很多了。看上面它的成品图,它的制作工艺似乎还很粗糙。就算把它的模型完全拆分,也只不过有下面这几项简单的组件。


那么问题来了,这样看着不起眼的小家伙,哪来那么大威力呢?其实这全部得益于大自然,可以说Micro Tug的成功源自两种动物的帮忙——蚂蚁和壁虎。



蚂蚁的团队协作能力是众所周知的,不仅如此,对于蚂蚁来说,他们个个都是大力士。有力学家测定,一只蚂蚁能够举起超过自身体重400倍的东西,还能够拖运超过自身体重1700倍的物体。美国哈佛大学的昆虫学家马克莫费特,是一位对亚洲蚁颇有研究的学者.根据他的观察,10多只团结一致的蚂蚁,能够搬走超过它们自身体重5000倍的蛆或者别的食物。micro tug的研究团队,正是学习了蚂蚁的团队协作精神,才会发挥出无穷的威力。



然而,造就Micro Tug拥有超能力的更大的主角,并不是上面提到的蚂蚁,而是接下来要说的壁虎。壁虎有一项牛掰的本领,就是飞檐走壁。它能够用她的脚掌牢牢的抓住墙壁,然后来回自由穿梭。科学家的研究表明,一只大守宫壁虎的脚掌可以产生133公斤的粘附力,也就是说,理论上他趴在垂直的墙上,可以挂住两个成年人的重量。



壁虎的超能力源于它脚掌上的粘附系统,它是一种多分级、多纤维状表面的结构,壁虎的每个脚趾生有数百万根细小刚毛,每根刚毛的长度约为30-130微米,直径为数微米,约为人类头发直径的十分之一。刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的铲状绒毛(100-1000根),每根绒毛长度及宽度方向的尺寸约为200纳米,厚度约为5纳米。有科学家经过试验验证壁虎单根刚毛的粘附力约为200微牛,而壁虎每平方厘米面积上的刚毛就可以达到一万多根,一只大守宫壁虎脚掌上刚毛数量约为600万根,它的承重能力简直不可思议。



当然,壁虎那样强的粘附力不仅仅是爬墙的,曾经有生物学家在热带雨林中经历过这样一个场景:一只壁虎从约30米高的树上跳跃而起,朝地面竖直降落,就在离地面约7米左右,坠落的壁虎突然朝近邻树叶伸出一只脚,接着紧紧黏住一片树叶,然后迅速爬进密密树叶中而消失不见了。所以壁虎看上去就像科幻电影里的蜘蛛侠。



与壁虎一样,机器人MicroTugs的底部覆盖着数以千计微小的、毛发状橡胶“鞋钉”,这些小“鞋钉”能够弯曲并粘附在任何表面上,形成超强粘力。一旦被锁定到地面上,MicroTugs就是有自带的马达拖着它的负载(通过缆线和吊钩)向前行。



这里又有一个问题,既然这些粘合剂粘附力这么强,它怎么解锁与地面间的粘附力呢?原来,促使这些刚毛与墙面完美抓和的是范德华力,当这些细绒毛弯曲与它的接触面接触较大时范德华力才起作用,而如果刚毛直立起来,范德华力也会立马变小,之前很大的粘合力也会马上消失不见。就像上面抓住皮球的粘合胶带。



所以,现在知道小小机器人拖动大汽车的奥秘了吧?小MicroTugs先自行向前行走,当把缆绳拉直的时候,最下面的粘合剂就会黏住地面,靠着电机的动力,利用绞盘和轴,把缆绳一点点收缩,缆绳收缩的过程中,它所拖的重物便会向前移动,它可以拉动超过自身2000倍重量的物体。而靠着团队协作,六只同样的MicroTugs机器人,便可以循序渐进的拉动一辆轿车了。





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