研究人員從變色龍的舌頭獲得靈感，他們創(chuàng)造了軟機(jī)器人，它們可以利用存儲的彈性能量來再現(xiàn)大功率和高速運(yùn)動(dòng)。

變色龍，sal和許多蟾蜍利用儲存的彈性能量，將粘舌發(fā)動(dòng)到不知情的昆蟲上，這些昆蟲的體長不超過一半半，并在十分之一秒內(nèi)捕獲了它們。

研究人員使用類似于橡皮筋的可拉伸聚合物制造了機(jī)器人，并帶有內(nèi)部氣動(dòng)通道，這些通道在加壓時(shí)會膨脹。為了存儲彈性能，機(jī)器人在制造過程中會遵循自然啟發(fā)的原理，在一個(gè)或多個(gè)方向上拉伸身體。

與變色龍的舌頭撞擊類似，預(yù)應(yīng)力的氣動(dòng)軟機(jī)器人可以將自身的長度擴(kuò)展五倍，捕獲一只活的甲蟲，并在120毫秒內(nèi)將其收回。

學(xué)院的助理教授拉姆西斯·馬丁內(nèi)斯(Ramses Martinez)表示：“我們相信，如果我們能夠制造出能夠像變色龍一樣以高速度執(zhí)行如此大幅度運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，那么許多自動(dòng)化任務(wù)就可以更準(zhǔn)確，更快地完成。”普渡大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院和威爾登生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院。

傳統(tǒng)的機(jī)器人通常使用堅(jiān)硬的重型部件制造，這些部件會由于慣性而減慢其運(yùn)動(dòng)速度。我們想克服這一挑戰(zhàn)。”

在50毫秒內(nèi)做出反應(yīng)

許多鳥，如三趾啄木鳥，利用腿后部受力肌腱中儲存的彈性能量實(shí)現(xiàn)零功率棲息，使它們在睡著時(shí)不會掉下來。

這些鳥類的解剖學(xué)已成為一個(gè)示例，能夠制造出能夠零功率支撐的機(jī)器人抓具，其重量高達(dá)其重量的100倍，并且可以從最大116度的角度倒置。

這些抓取器的軟臂與被抓取物的貼合性使接觸面積最大化，從而增強(qiáng)了抓取力并促進(jìn)了高速抓取和零功率保持。

一些植物還知道如何使用“陷阱機(jī)制”來利用彈性能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。金星捕蠅器利用存儲在其雙穩(wěn)態(tài)彎曲葉片中的彈性能快速捕食獵物的內(nèi)表面。

受金星捕蠅器誘捕機(jī)制的啟發(fā)，并研究蜥蜴如何捕獲昆蟲，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)柔軟的機(jī)器人金星捕蠅器，該捕蠅器在受到短暫的加壓刺激后僅在50毫秒內(nèi)關(guān)閉。

超級速度

Martinez說，與現(xiàn)有的軟機(jī)器人系統(tǒng)相比，這些新的預(yù)應(yīng)力軟機(jī)器人具有多個(gè)顯著優(yōu)勢。首先，它們擅長于高速抓取，握持和操縱各種物體。他們可以利用存儲在預(yù)應(yīng)力彈性體層中的彈性能來固定重量高達(dá)其100倍的物體，而無需消耗任何外部動(dòng)力。

研究人員可以輕松地用防滑微釘刺穿其柔軟的皮膚，從而顯著增加其牽引力，并使它們長時(shí)間長時(shí)間倒掛，并有助于捕獲活的獵物。

“我們預(yù)想，這里提出的設(shè)計(jì)和制造策略將為新一代全軟機(jī)器人鋪平道路，該機(jī)器人能夠利用彈性能量來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有機(jī)器人目前無法達(dá)到的速度和運(yùn)動(dòng)，”馬丁內(nèi)斯說。

該論文發(fā)表在《高級功能材料》中。Martinez和他的團(tuán)隊(duì)與Purdue研究基金會技術(shù)商業(yè)化辦公室合作，為他的一些與機(jī)器人和其他設(shè)計(jì)創(chuàng)新有關(guān)的技術(shù)申請了專利。