星期一, 8月 3

像水黽在水面跳躍的微型機器人

科學家們如今已經製作出了能夠在水面上浮動甚至行走的機器人,但他們的探索並未就此止步。最近,首爾國立大學的工程師團隊就又研發出了一種可在水面上跳躍的機器人。


為了賦予機器人在水面上跳躍的能力,該團隊的工程師研究了水黽的生物結構。水黽是一種可在池塘水面上輕鬆跳躍的昆蟲,但我們對​​於它的這種能力卻知之甚少。因此,嘗試在機器身上重現這種能力也能幫助我們更好的理解昆蟲本身。

根據高速攝影的分析,水黽的腿在跳躍時會以表面張力能夠承受的最高速度壓下水面,下壓的幅度越大,腿下產生的表面張力也就越高,最後也就跳得越高。但如果推力超過了水面的承受範圍,那麼水黽的腿就會沉到水中。


想要在池塘上歡快地跳躍,水黽需要找到最佳平衡:既要最大程度地利用表面張力,又不會太過用力而刺破水面。為了實現這一點,水黽會旋轉自己的中足和後足,而不是簡單地將它們向下推。這樣做可以增加腿部和水面的接觸時間,從而創造了更多的時間去建立動量。

想要模仿這種行為方式,水面彈跳機器人也需要和水黽一樣長長的腳。與此同時,它的自身重量還必須足夠輕,足部還需要具備疏水能力。

研究者們最終所製作出的微型機器人的確具備不俗的跳躍能力,達到了其理論上最大加速度的92%。為了實現扭矩的最大化,這種機器人的腿要比水黽還要長5厘米。它們的身體上還配備了一個彈簧式的裝置,在被一小根電熱絲加熱之後,該裝置的剛性就會發生改變,並觸發跳躍的動作。
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