機(jī)器人吸盤可以像真正的章魚一樣適應(yīng)周圍環(huán)境

一些最巧妙的技術(shù)受到了大自然的啟發(fā)。從功能類似于頭足類動物皮膚的變色材料到外觀和動作都像真正蟑螂的微型仿生機(jī)器人，一些生物的非凡適應(yīng)能力提升了我們的技術(shù)能力。現(xiàn)在，章魚正在伸出一只手臂——或者說一個吸盤。

章魚觸手具有非常強(qiáng)壯的吸盤和粘附能力，對于需要撿起并抓住它們的軟機(jī)器人來說可能是一種資產(chǎn)?，F(xiàn)有的人工吸盤在巖石和貝殼等不規(guī)則表面存在問題。章魚和魷魚等頭足類動物已經(jīng)進(jìn)化出生物吸盤，可以適應(yīng)每個表面并附著在它們上面。這就是為什么布里斯托大學(xué)的一個研究團(tuán)隊(duì)在 Tianqi Yue 領(lǐng)導(dǎo)下創(chuàng)造了比以往任何時候都更接近真實(shí)的機(jī)器人吸盤。

生物吸盤具有優(yōu)勢的一個原因是粘液分泌，使它們能夠更好地粘附在不規(guī)則的表面上。雖然機(jī)器人吸盤不能完全到達(dá)那里，但 Yue 想出了一種讓它們使用水而不是粘液的方法。

“生物體靈巧地變形它們的軟體，在基質(zhì)上形成粗糙的形狀構(gòu)象，”岳和他的團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表在 PNAS 上的一項(xiàng)研究中說。“然后，它們使用吸盤內(nèi)的機(jī)械感受器來感知吸力泄漏并分泌適量的粘液以形成有效的粘液密封。”

那么，你想成為一只章魚嗎？

當(dāng)章魚手臂上的吸盤（檢測表面紋理等刺激）向它的大腦發(fā)送信息時，章魚手臂上的吸盤會抓住東西，告訴動物吸盤應(yīng)該如何變形以盡可能少地泄漏地粘附在該表面。機(jī)械感受器還告訴吸盤要產(chǎn)生多少粘液才能獲得最佳抓地力。肌肉收縮以降低吸盤內(nèi)的水壓。章魚可以通過讓肌肉釋放緊張來從物體上分離。

這不是吸盤第一次受到高度適應(yīng)性章魚吸盤的啟發(fā)。一些型號使用加壓室，旨在推動表面并使其順應(yīng)表面。其他人則更專注于匹配生物吸盤的形態(tài)。這包括給吸盤提供微齒，即章魚吸盤上微小的牙齒狀突起，使它們具有更強(qiáng)的抓地力。

以前的人工構(gòu)象方法已經(jīng)取得了一些成功，但它們可能很容易從吸盤和它試圖粘附的表面之間的間隙中泄漏，并且它們通常需要真空泵來運(yùn)行。Yue 和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種在形態(tài)和機(jī)械上類似于章魚的吸盤。

吸盤是具有極強(qiáng)柔韌性的肌肉結(jié)構(gòu)，可幫助它們順應(yīng)物體而不會泄漏，在抓住物體時收縮，并在放開物體時釋放張力。這激發(fā)了研究人員用內(nèi)部的硅膠海綿材料和外部的柔軟硅膠墊制作吸盤。

對于最終的仿生學(xué)，Yue 認(rèn)為解決以前模型所遇到問題的答案是想出一個模擬章魚吸盤粘液分泌的吸盤。

這真的很糟糕

頭足類動物的吸力以前被認(rèn)為是這些生物柔軟、靈活的身體的產(chǎn)物，這些身體很容易變形以適應(yīng)它需要抓握的任何表面。粘液分泌物大多被忽視了，直到 Yue 決定將其納入他的機(jī)器人吸盤中。

眾所周知，軟體動物粘液的粘度是水的五倍。對于 Yue 的吸盤來說，一種人工流體系統(tǒng)旨在模擬生物吸盤上腺體釋放的分泌物，在吸盤和它所粘附的表面之間形成液體密封，幾乎可以消除間隙。它可能沒有章魚粘液的力量，但對于機(jī)器人來說，水是下一個最佳選擇，當(dāng)它去探索時，它可能在水下洞穴或海底。

即使沒有實(shí)際的粘液，也有發(fā)現(xiàn)帶有水封的吸盤在物體上的懸掛時間是沒有水封的吸盤的 55 倍。

吸盤和它所粘附的表面之間存在間隙問題。間隙越大，吸盤失去抓地力的速度就越快。人造吸盤首先嘗試盡可能機(jī)械地貼合表面。雖然這應(yīng)該使任何間隙變小，但這些間隙隨后被人工流體系統(tǒng)密封。注射器將通過直接連接到吸盤的管子泵送空氣，以便每次試驗(yàn)都可以重置。

當(dāng)面對具有挑戰(zhàn)性的表面時，例如具有粗糙紋理和許多曲線的巖石和塑料人物，其機(jī)械臂上的硅膠吸盤能夠適應(yīng)它們并長時間保持其抓握，幾乎沒有任何泄漏。

“[我們的] 抽吸機(jī)制展示了液體調(diào)節(jié)在改善吸力適應(yīng)方面的巨大潛力，并在具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜干燥表面上顯示出強(qiáng)大的適應(yīng)性吸力，”研究人員說?！八鼮橄乱淮鷻C(jī)器人提供了一種獨(dú)特、低成本、清潔和強(qiáng)大的軟粘附策略?！?/p>

既然技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造了如此令人毛骨悚然的逼真吸盤，那么當(dāng)心它們的整個觸手都裝滿了它們。