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在沙土中“潜行”探勘,科学家研发蛇形机器人

2024-11-23 208


我们可以用机器人来挖掘下至深海上至太空的奥秘,并在陆地上趴趴走,执行各种运送、探索与搜救任务,不过仍有挑战待克服,尤其是地下探勘,如今加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)已经研发出新型蛇形机器人,可以在细沙与土壤中挖洞前行,有如小型可爱版的“从地心窜出”。

一直以来蛇都是机器人的灵感来源,它们简单身形,却可以前进、攀爬与捕捉猎物等灵活行为,因此蛇形机器人已经用于探索沙丘、海床、管线,甚至是出现在废弃核电厂或是搜救任务,现在科学家则要把他们应用在地下探索。

UCSB 机械工程研究生研究员 Nicholas Naclerio 表示,物体穿越空气与水几乎没有阻力,但地下世界又是另一回事了,假如我们试图穿过地面,你必须先将土壤、沙子或其他介质推开。

地底下的阻力远比水、空气还要大,就算是土壤与砂石地形也一样,钻到地底下就得面对前方拨开、又随即补上的砂石, UCSB 全新设计的软机器人就好像藤蔓一样,透过唯一的活动部件、往前生长的“头”来移动,这时摩擦力会比整个身体动起来还要小。

但除此之外挖土机器人还得面临其他挑战。通常物体通过空气或液体时,上方和下方承受的阻力均匀,但是在流化砂(fluidized sand)环境中,分布并不均匀,因此若机器人在土壤中水平前行时,会因为下方砂土已压实,压力更大难往前钻,最后机器人前行方向会偏移往上挪。

为此减少蛇蛇机器人面对的阻力,科学家以章鱼(southern sand octopus)为灵感,新型机器人前方会喷射气流,吹开前面的砂土。

最终 USBC 打造出能轻松在沙土颗粒介质中“游动”的机器人,像蛇一样扭动和转弯,又或者是在沙子中潜行,遇到障碍物也能避开并从另一侧重新窜出。团队表示,这种设计有助于土壤采样、安装地下管线和电缆等方面。

  • Subterranean Investigations
  • Tunneling snake robot takes cues from nature to keep its head in the sand

(首图来源:USBC)

2021-06-20 10:21:00

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