《PNAS》和《Nature Communications》仿章鱼和蜗牛的粘液真空吸附,赋予了机器人吸盘新的“超能力”

想象一下,如果机器人能够像章鱼一样牢牢吸附在粗糙崎岖的岩石上,或者像蜗牛那样在墙面上悠然负重爬行,那会是多么神奇的一幕!近日,布里斯托大学机器人实验室的Jonathan Rossiter教授课题组就为我们带来了这样的“超能力”!课题组的研究者从大自然中汲取灵感,学习了章鱼和蜗牛的“独门秘籍”——粘液真空吸附。他们发现,生物吸盘强大的真空吸附能力关键在于它们那神奇的粘液。于是,他们决定将这种粘液的力量“移植”到机器人身上,并成功用水模拟了生物粘液在吸盘中的增强作用。这项创新性的研究成果,以“Bioinspired multiscale adaptive suction on complex dry surfaces enhanced by regulated water secretion”和“Snail-inspired water-enhanced soft sliding suction for climbing robots”为题,分别发表在《PNAS》和《Nature Communications》上。论文第一作者为岳天奇博士,通讯作者为Jonathan Rossiter教授。

【章鱼吸盘大揭秘:机器人也能“吸”得牢!】

章鱼吸盘,听起来就让人联想到那强大的适应性吸附能力。但你知道吗,除了它们柔软的肌肉与表皮,粘液也起到了重要作用。粘液的高粘性可以极大降低真空的泄露速率,因此吸盘可以牢牢地固定在粗糙崎岖的物体表面。通过结合多层软材料和“人工水腺”,研究者们设计了一种新型的水增强的机器人真空吸盘,它就像章鱼的吸盘一样,可以牢牢地吸在各种表面上。不仅如此,这个吸盘还有一个秘密武器——人工水腺的控制器。就像章鱼受神经调控的粘液分泌系统一样,人工水腺可以根据抓取面的材质调节分泌水的速度,来进一步增强吸盘的抓取能力。这样一来,机器人就能稳稳当当地吸住各种物体了!

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图1:仿章鱼适应性真空吸附的工作原理。
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【蜗牛爬墙新技能:机器人也能“滑”得溜!】

蜗牛,这个看似慢吞吞的小家伙,其实也有它的独门绝技——负重滑行。研究者们发现,其中的关键在于它那产生强大真空吸力的湿润的“肚子”。蜗牛腹部分泌的粘液可以消除与墙面的摩擦力,同时还能增强真空吸附的稳定性。因此,蜗牛不但可以轻松滑行,还可以在滑行的过程中保持强大的负载能力。研究者模仿了这一特点,设计出一种新型水增强的滑动真空吸附机制。这种机制使用水润湿吸盘底部,因此吸盘就可以像蜗牛的“肚子”一样,让负载11倍自重的机器人在天花板上如履平地。而且,这种机制还有一个好处——它的能耗极低,因为负重不会额外消耗能量。就像蜗牛在墙面上悠然爬行一样,机器人也能在表面上轻松穿梭了!

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图2:仿蜗牛滑动真空吸附的工作原理。

【总结】

通过学习大自然中软体动物的独特吸盘技能,研究者们成功地赋予了机器人吸盘新的“超能力”。这些吸盘不仅能够使机器人稳稳当当地抓住不规则的物体,还能让机器人背负重物轻松滑行。或许在不远的将来,我们就能看到更多像这样拥有“超能力”的机器人了!

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