變色龍、蠑螈和許多蟾蜍利用儲存的彈性能量,向距離身體1.5米遠的毫無防備的昆蟲發出粘糊糊的舌頭,在十分之一秒內就能抓住它們。
拉美西斯·馬丁內斯,普渡大學工業工程學院的助理教授和普渡大學工程學院的韋爾登生物醫學工程學院以及Puriver大學的其他普度大學的研究人員開發出了一種全新的完全柔軟的機器人和致動器,能夠重新創建生物啟發的高功率和高速運動。利用儲存的彈性能量。這些機器人是用類似于橡皮筋的可拉伸聚合物制造的,內部氣動通道在加壓時膨脹。

這些機器人的彈性能量是通過在制造過程中按照自然原理向一個或多個方向拉伸身體來儲存的。與變色龍的舌頭打擊類似,一個預應力氣動軟機器人能夠將自己的長度擴大5倍,捕捉一只活的蒼蠅甲蟲,并在120毫秒內將其取回。
馬丁內斯說:“我們相信,如果我們能制造出能夠像變色龍那樣高速執行如此大幅度運動的機器人,那么許多自動化任務就能更準確、更快地完成。”傳統的機器人通常是用堅硬而笨重的部件制造的,這些部件由于慣性而減慢了它們的運動速度。我們想克服這一挑戰。”
這項技術發表在10月25日出版的《高級功能材料》雜志上。一段視頻顯示了這個捕捉昆蟲的機器人:
許多鳥類,像三趾啄木鳥一樣,利用腿后部受力肌腱中儲存的彈性能量,實現零功率棲息,使它們在睡覺時不會從棲木上掉下來。這些鳥類的解剖結構就是一個例子,它可以制造出零功率的抓取器,抓取重量的100倍,并從高達116度的角度倒立著。
這些夾持器的軟臂與夾持物體的一致性最大化了接觸面積,增強了抓握和促進高速捕捉和零功率保持。
一些植物還知道如何利用彈性能量,利用“陷阱機制”實現高速運動。金星捕蠅草利用儲存在其雙穩態彎曲葉片中的彈性能量,快速接近探索其內表面的獵物。
受金星捕蠅草的誘捕機制的啟發,并研究蜥蜴如何捕捉昆蟲,普渡大學的研究小組創造了一種軟性機器人金星捕蠅草,它在收到短暫的加壓刺激后僅50毫秒就關閉了。一個高速攝像機視頻顯示了這個軟機器人維納斯捕蠅草的關閉:
馬丁內茲說,這些新的預應力軟機器人比現有的軟機器人系統具有幾個顯著的優點。首先,它們擅長高速抓取、抓握和操縱各種各樣的物體。它們可以利用儲存在其預應力彈性層中的彈性能量,在不消耗任何外力的情況下,將物體保持在其重量的100倍。
它們柔軟的皮膚可以很容易地用防滑的小孢子形成圖案,這大大增加了它們的牽引力,使它們能夠在長時間內倒立棲息,并有助于捕獲活的獵物。
“我們設想,這里提出的設計和制造策略將為新一代完全柔軟的機器人鋪平道路,機器人能夠利用彈性能量來實現現有機器人目前無法接近的速度和運動。”馬丁內茲說。








