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北航團隊探秘“水下壁虎” 倣生應用潛力大

2017-09-21 21:43:58  来源:新華社 【返回列表】

新華社北京9月21日電(記者李江濤)9月21日,國際頂級期刊《科學》雜誌機器人子刊《科學·機器人學》以長篇封面刊登北航文力課題組牽頭、與哈佛大學合作的科研團隊最新研究成果——倣生(印加魚旁)魚軟體吸盤機器人。

北京航空航天大學文力副教授牽頭的國際合作團隊,近日揭示了(印加魚旁)魚軟體吸盤的倣生學原理並首次製作出倣生機器人樣機。

據文力介紹,(印加魚旁)魚可以在游動中通過頭部的吸盤完成對鯊魚、海豚、海龜等不同海洋生物的快速吸附。生物學家形象地將該行為稱為“搭順風車”,從而減少(印加魚旁)魚自身的能耗。其頭部的吸盤是由背鰭進化而成,被生物學家稱作“脊椎動物解剖學上最奇妙的結構之一”。

據了解,該研究涉及包括生物力學、材料、化學、機器人等多個研究領域交叉。該項目共歷時4年。課題組先後通過環境掃描電鏡、高速相機同步運動追蹤等生物測量手段,獲得(印加魚旁)魚吸盤的宏觀與微尺度結構與運動模式。

研究團隊進一步利用複合多材料3D打印技術實現一體化打印成形,吸盤樣機材料剛度跨越三個數量級。同時,利用高精度激光加工技術製作了碳纖維硬質小刺(底部直徑270微米)嵌入到複合材料的樣機鰭片中。同時,課題組用輕量化、防水的軟體纖維增強的直線驅動器驅動,實現了(印加魚旁)魚吸盤內部鰭片的微動。倣生樣機在光滑表面能夠產生340倍,在粗糙表面上產生約100倍自重的吸附力。這種機器人雖然吸附力可觀,卻不會對吸附表面造成破壞。它在軍民領域都有良好的應用前景,如國防科技、水下救援、海洋生態檢測等方面,可發揮重要作用。

課題組還首次揭示,吸盤內部鰭片的主動抬起、鰭片上硬質小刺以及軟組織的協同作用,使(印加魚旁)魚能吸附在多尺度的粗糙表面。

研究人員通過將倣生樣機集成到水下機器人上,實現了類似(印加魚旁)魚的游動-吸附-脫離。這項研究工作不但從生物力學角度揭示(印加魚旁)魚的吸附機制,同時為未來的低功耗水下倣生軟體機器人、水下吸附裝置提供了新的思路。(完)