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踩扁还能跑的“蟑螂机器人”:未来或用于灾害救援

  • 北京青年报
  • 2019/08/18 12:07
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一般人见到蟑螂,第一反应是赶紧踩死,但有时候,抬起腿会发现蟑螂居然还能跑。相比其他人赶紧再补上一脚,90后清华大学博士生吴一川却在思考怎么利用蟑螂的“超能力”。近日,以他为第一作者的一篇讲述“蟑螂机器人”的论文发表在机器人领域的顶尖期刊上。吴一川接受北京青年报记者采访时表示,这个“蟑螂机器人”可以实现像蟑螂一样的高速运动,并能耐受一定程度的踩踏,未来有望应用于灾后搜救、环境监测等领域,为人类服务。


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蟑螂机器人

 

成果:“蟑螂机器人”生命力很顽强 

 

近日,国际顶尖机器人领域期刊《科学》杂志子刊《科学—机器人学》上发表了一篇“蟑螂机器人”的论文,引发不少网友热议。

17日,吴一川告诉北青报记者,这篇论文的科研团队来自清华大学王晓浩教授课题组和美国加州大学伯克利分校林立伟教授课题组。吴一川介绍,蟑螂虽然是一种害虫,但其运动速度非常快,生命力也极其顽强,“有研究指出,蟑螂是和恐龙一个时代的生物,其存活至今,说明背后肯定隐藏着一些值得我们人类了解的知识。”

2016年,吴一川通过清华大学的合作项目,前往加州大学伯克利分校开展科研工作,并开始将蟑螂的特性应用到机器人上。

“相比于刚性机器人,柔性机器人没有刚性部件容易脆断的限制,我们目前研究出的机器人的驱动材料用的是一种柔性压电材料,这种材料本身可以将机械能转化成电能,但我们将这个作用反了过来,给它电力,让它变形。”吴一川介绍,基于这种材料,进行特定的结构设计,就可以在没有多少重量的情况下,让机器人模拟出蟑螂的一些动作特征。

 

揭秘:为研究把蟑螂视频看了几十次

 

为了让机器人实现蟑螂般的快速移动,吴一川和加州大学伯克利分校一位长年研究蟑螂的生物学家罗伯特·福尔教授展开了合作:“教授发现,蟑螂移动的时候,通过腿部的动作,有时是腾空跳跃的,只不过因为这个腾空的高度相比我们人类太低了,我们很难发现。”

为了还原蟑螂的移动,课题组把用高速摄像机拍下来的蟑螂移动的视频研究了几十次,“我们需要找到蟑螂的重心,因为计算机根据图像分析出来的重心只能做一个参考,所以还得将图像放大,亲自计算。”吴一川介绍,经过计算,蟑螂移动时候的重心连成线画出来的话,就仿佛一条波浪线,这也反映了蟑螂是如何“跳着走”的。据悉,目前研制的一系列的“蟑螂机器人”长度约为1到3厘米,重量小于0.1克,其中1厘米的机器人的运动速度可达每秒20厘米,相当于20倍的自身长度,还具备一定的爬坡和携带负载的能力。

吴一川介绍,除了在运动速度上接近蟑螂,利用柔性材料制作的机器人还能在耐压层面上接近蟑螂的能力。先前的研究发现,蟑螂在承受自身重量900倍的压力后,仍能保持生命力,这相当于一个60公斤的人承受住了54吨的压力。

吴一川介绍,在实验中,研究人员将一个100克的砝码放在“蟑螂机器人”上,“蟑螂机器人”几乎被压扁了,但将砝码取走后,“蟑螂机器人”仍然能够高速运动,速度几乎没有受到影响。“后续的实验中,我亲自站到了‘蟑螂机器人’上面,我的体重差不多就是60公斤,我离开之后,再次测试蟑螂机器人的速度,发现其仍能保持一般的性能。某种程度上,‘蟑螂机器人’具备了类似真蟑螂的抗压能力。”

 

应用:未来或可用于灾害救援

 

据介绍,包括“蟑螂机器人”在内的微型软体机器人未来应用前景非常广泛,有望在灾害救援、管道检测、侦察监听等隐蔽狭小空间作业场合大显身手。“比如在救灾的时候,一些人和搜救犬进不去的地方,‘蟑螂机器人’就可能发挥作用,如果‘蟑螂机器人’达成集群,就可能取得更高效的监测效果。”吴一川说。

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