自然界的设计

受动物影响的机器人为我们的人类问题提供解决方案

对于一只蟑螂来说,ADMIRATION并不是第一件感觉。更准确的感觉可能会令人厌恶。

然而,这正是他们独特的特征 – 他们在极端条件下生存的能力和流畅的身体 – 研究人员都兴奋不已。

事实上,蟑螂只是研究人员为解决我们的人类问题而采取灵感的众多生物之一

魔术贴,例如,受到毛刺水果钩状结构的启发,而防弹背心从超强蜘蛛丝获得灵感

Salto-IP是一种具有惊人跳跃能力的单人机器人

科学家们从自然界的书中脱颖而出,开发了模仿一些生命独特创新的技术

这正是仿生学的目标 – 从工程学,生物学和化学的跨学科领域。它运用我们对动物的观察,并试图模仿它们在陆地,空中和水下的运动来推动革命性的技术

由加利福尼亚州伯克利大学(UC Berkeley)的电子工程和计算机科学教授罗纳德·菲林(Ronald Fearing)领导的仿生微系统实验室正在利用小动物的特性来创造次世代机器人

从建筑跳跃机器人到能避开障碍物的特制机器人,这一群勇敢的机器人学家从生物启发原理中获得灵感

演示Salto-IP的垂直跳跃灵活性

令人难以置信的飞跃

动物王国永远不缺乏引人入胜的物种及其独特的运动方式,为生物启发机器人学习

他们的身体部位和各种运动的功能,包括攀爬,跳跃以及在陆地和树木表面上移动,为机器人专家为其机器人的特定设计或任务复制提供了一个独特的机会

启发加州大学伯克利分校机器人队的动物之一是加拉戈或布什宝贝,这是一种具有显着跳跃能力的非洲小灵长类动物

这种动物可以飞跃到非凡的高度 – 在短短的四秒内跳跃五次,总高度达到8.5米!

对于比老鼠稍大的生物来说,这是令人印象深刻的。在飞行中,它的胳膊和腿保持接近身体,然后在最后一秒展开,以抓住分支

这种夜行性灵长类动物还具有将能量储存在其肌腱中的特殊能力,因此可以跳跃到单靠肌肉无法达到的高度

velociROACH灵感来自美国的蟑螂

加利福尼亚被归类为狂妄动物(跳跃动物)。他们强大的推进力和灵活的运动环境,为加州大学伯克利分校萨尔托学院的设计铺平了道路

萨尔托和其新的和升级的萨尔托IP是一个单人机器人,探索极端的跳跃运动

Salto-IP重量只有98克,腿长14.4厘米,是所有电池供电机器人中最高的机器人垂直跳跃敏捷度 – 每秒高达1.83米 – 仅仅低于垂直跳跃敏捷度的银河以每秒2.24米的速度

三年级的Salto-IP(Salto由加州大学伯克利分校的学生Duncan Haldane开发)的PhD学生Justin Yim解释说,机器人可以进行多次跳跃并跳出墙壁

“Salto-1P最大跳跃1.25米。他们能够重复跳跃1米以上,并能水平跳过2米。“他解释说,他把机器人放在地板上进行演示。

萨尔托的控制正在加强,使其能够重复跳高,并在复杂的地形上更好地穿越障碍物

Justin Yim,三年制博士学位的Salto-IP受制于galagos

小动物大型解决方案

这种在人类规模环境和各种表面上的移动性是通过另一个小型机器人仿生微系统实验室的一个关键研究

VelociROACH是一种由(美国蟑螂)灵感启发的30克长10厘米的六脚(六脚踏板)机器人

这种普通的蟑螂可能会让任何人的皮肤爬行,但事实证明,家庭害虫是微型腿式机器人的完美模型

生物的流线型身体和高速步态在机器人中复制,使其能够在杂乱的环境中巧妙地移动

VelociROACH具有碳纤维尾部的保护性塑料外壳,是比例尺最快的机器人之一

VelociROACH从木头到松散的岩石,通过移动机器人接触感应进行导航和操纵十分有用

较大的机器人需要传感器和计算机来绘制安全路径。这个机器人使用一个低成本,轻巧的触觉传感器,利用发光机构来测量连接到机器人的弹簧的六轴运动

引人注目的是,VelociRoACH实际上比一个真正的蟑螂(可以达到1.5m / s)要快

它的速度的关键是它的六个弹性C形腿,迅速旋转,每秒击中地面15次,推动它向前。

罗纳德·菲林(Ronald Fearing)是一位电子工程和计算机科学教授,加州伯克利大学仿生微系统实验室(UC Berkeley)

搜救机器人

根据恐惧,机器人的重型设计是不适合他们的实验室的应用

“我们的团队开发低成本,重量轻,重量低于100克的一次性小型机器人。我们建立并快速测试。“

VelociROACH可以复制50美元(RM210),是一种微型机器人,可以进入危急的地方,应急人员无法进入。毕竟,侦察或搜救任务将需要在具有挑战性的地形上执行任务

因此,仿生微系统实验室希望他们的小型生物灵敏的机器人有一天会帮助拯救生命

Fearing说:“我们仍然可以从自然中学习很多东西,特别是动物难以置信的可操作性。”

“开发能够模仿爬行和跳跃等多种行为特征的机器人将是一个独特的挑战。我们可以从中得到很多有趣的动物。就我个人而言,我对松鼠和树木的运动着迷。“

为了解决如何在机器人的轨道上节约能源或挽救生命,仿生学领域将继续从自然中收集,以便为复杂的人类问题提供解决方案

加拉戈斯激发了研究人员提出了一个具有惊人的跳跃能力的机器人

在加州加州大学伯克利分校的仿生学研究实验室参观2017年科学记者世界大会期间的机器人实验室之旅。作者是来自48个国家的72位专业研究员之一,代表马来西亚


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