变色龙的舌头撞击启发了快速动作的机器人
变色龙,sal和许多蟾蜍利用所储存的弹性能量,在距离不超过一半半的不知情的昆虫上发粘状舌头,在十分之一秒内捕获了它们。
普渡大学工业工程学院和普渡大学工程学院韦尔顿生物医学工程学院的助理教授拉姆西斯·马丁内斯(Ramses Martinez)和FlexiLab的其他普渡大学研究人员开发了一种新型的完全软机器人和执行器,能够重现生物灵感。利用存储的弹性能量进行大功率和高速运动。这些机器人是使用类似于橡皮筋的可拉伸聚合物制造的,内部的气动通道在加压时会膨胀。
这些机器人的弹性能量是在遵循自然灵感原理的制造过程中,通过沿一个或多个方向拉伸身体来存储的。与变色龙的舌头敲打类似,预应力的气动软机器人能够将自身长度扩展五倍,捕获一只活的甲虫,并在120毫秒内将其收回。
马丁内斯说:“我们相信,如果我们能制造出能够像变色龙一样以高速执行大幅度运动的机器人,那么许多自动化任务就可以更准确,更快地完成。”“传统的机器人通常使用坚固的重型部件制造,这些部件由于惯性而减慢了运动速度。我们想克服这一挑战。”
许多鸟,如三趾啄木鸟,利用腿后部受力筋中存储的弹性能量实现零功率栖息,使它们在睡着时不会掉下来。这些鸟类的解剖学已成为一个示例,可以制造出能够零功率支撑的机器人抓具,其重量高达其重量的100倍,并且可以从最大116度的角度上下颠倒地栖息。
这些抓取器的软臂与被抓取物的贴合性使接触面积最大化,从而增强了抓取力并促进了高速抓取和零功率保持。以下视频显示了这些受鸟启发的软机器人抓手如何仅在65毫秒内捕捉到以每秒10毫米的速度移动的球:
一些工厂还知道如何利用“陷阱机制”利用弹性能来实现高速运动。金星捕蝇器利用存储在其双稳态弯曲叶片中的弹性能快速捕食猎物的内表面。
受到金星捕蝇器诱捕机制的启发,并研究蜥蜴如何捕获昆虫,普渡大学的团队创造了一个柔软的机器人金星捕蝇器,该捕蝇器在受到短暂的加压刺激后仅在50毫秒内关闭。高速摄像头视频显示了这个柔软的机器人维纳斯捕蝇器的快速闭合:
马丁内斯说,与现有的软机器人系统相比,这些新的预应力软机器人具有许多重要优势。首先,它们擅长于高速抓取,握持和操纵各种物体。他们可以利用存储在其预应力弹性体层中的弹性能量来固定重量高达其100倍的物体,而无需消耗任何外部动力。
它们的柔软皮肤很容易被防滑微钉图案化,这极大地增加了它们的牵引力,使它们可以长时间长时间倒挂,并有助于捕获活的猎物。
马丁内斯说:“我们认为这里提出的设计和制造策略将为新一代的完全软的机器人铺平道路,该机器人能够利用弹性能量来实现现有机器人目前无法达到的速度和运动。”