要像壁虎一样爬 机器人需要脚趾

发布时间: 2020-09-01 16:52:47 来源:

脚趾机器人?实验表明,攀爬机器人可以像壁虎一样,具有灵活,毛茸茸的脚趾,可以快速调整以适应不断变化的重量和光滑的表面,从而从中受益。

加州大学伯克利分校和南京航空航天大学的生物学家观察了壁虎沿墙壁水平行进,以了解它们如何利用其五个脚趾来补偿不同类型的表面而不会减慢速度。

“这项研究帮助回答了一个基本问题:为什么脚趾很多?”加州大学伯克利分校整合生物学教授罗伯特·富勒(Robert Full)说。

正如他以前的研究表明,壁虎的脚趾可以通过分子间力粘在最光滑的表面上,并在数毫秒内解开并剥离。他的脚趾每英尺最多有15,000根毛发,每根毛发都有“一头可怕的开叉头,有多达一千个纳米级的尖端,可以紧密接触表面,”他说。

这些发现催生了对新型胶粘剂的研究,这些胶粘剂利用分子间力或范德华力几乎可以粘附在任何地方,甚至在水下。

他说,一个难题是壁虎脚趾只向一个方向伸出。它们在一个方向被拉动时会抓住,而在相反方向被剥离时会释放。但是,壁虎可以在任何方向上灵活移动。

为了确定壁虎如何学会在不同表面上移动时如何应对变位力,来自中国南京大学伯克利分校的来访学生Yi Song沿垂直壁侧向移动壁虎,同时进行高速录像以显示壁虎的方向。他们的脚趾。侧向运动使他能够将向下的重力与向前的力区分开,以最好地检验脚趾补偿的想法。

Song使用一种称为沮丧的全内反射的技术,还测量了每个脚趾的接触面积。该技术使脚趾接触表面时会变亮。

令研究人员惊讶的是,壁虎就像他们爬升一样快地向侧面跑,可以轻松,迅速地重新调整脚趾以抵抗重力。在侧墙跑步时,前脚和后脚的脚趾向上移动,其作用类似于攀爬过程中前脚的脚趾。

为了进一步探索可调节脚趾的价值,研究人员增加了光滑的补丁和带状以及不规则的表面。为了应对这些危险,壁虎利用了多个柔软的脚趾。冗余度使仍与表面接触的脚趾重新定向并分配载荷,而柔软性使它们与粗糙的表面保持一致。

富勒说:“脚趾通过在多个兼容的冗余结构之间分配控制权,从而实现了敏捷的运动,从而减轻了在充满挑战的地形上行驶的风险。”“分布式控制显示了如何更有效地利用生物附着力,并为新型机器人脚,新型抓手和独特的机械手提供了设计思路。”

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