雖然科學(xué) 們已經(jīng)開發(fā)出可以在陸地上飛行、游泳和在崎嶇地形中航行的機器人，但這些復(fù)雜的機器在地下探索和探索地球景觀的能力迄今為止是有限的。
他們說，到目前為止，這要歸功于 加州大學(xué)圣巴巴拉分校和佐治亞理工學(xué)院的研究人員，他們開發(fā)了 種快速、可控的軟機器人，可以在地下空間導(dǎo)航。
植物和動物啟發(fā)了研究人員開發(fā)機器人，它解決了科學(xué) 們之前面臨的 些挑戰(zhàn)，即創(chuàng)造 種不僅可以進(jìn)入地球而且還有能力重新浮出水面的機器。
導(dǎo)這項研究的加州大學(xué)圣巴巴拉分校機械工程教授伊桑·霍克斯 (Ethan Hawkes) 實驗室的研究生研究員尼古拉斯·納克萊里奧 (Nicholas Naclerio) 說：“穿越地面的 大挑戰(zhàn)只是所涉及的力。”
開發(fā)可以飛行或游泳的機器人并不那么具有挑戰(zhàn)性，因為空氣和水都不會對穿過它們的物體產(chǎn)生顯著的阻力。然而，“如果你試圖穿過地面，你必須將土壤、沙子或其他介質(zhì)推開，”他在 份新聞聲明中解釋說。
仿生設(shè)計
研究人員研究了植物和穴居動物，以獲得他們工作的靈感。在植物方面，它們通過從*生長并保持 個身體扎根和靜止來導(dǎo)航的方式是他們開發(fā)的藤蔓狀機器人的靈感來源。
研究人員說，在地下，*延伸保持較低的抵抗力，并且僅局限于生長端。他們說，在機器人中，他們將其用作設(shè)計模型，因此他們不會在機器人的整個表面上產(chǎn)生摩擦，摩擦?xí)S著更多的沙子進(jìn)入沙子而增加，從而阻止其移動。
在動物方面，研究人員研究了南方沙章魚，它會向地下噴射水流，然后利用松散的沙子移動。然后，他們將這種顆粒流化的想法，或?qū)㈩w粒懸浮在類似流體的狀態(tài)，使動物能夠克服沙子或松散土壤帶來的高阻力，應(yīng)用于機器人的設(shè)計。
他們說，按照這個想法，研究人員添加了 種基于*的流動裝置，可以將空氣噴射到“藤蔓”生長末端之前的區(qū)域，從而使機器人能夠進(jìn)入該區(qū)域。
克服挑戰(zhàn)
Naclerio 說，研究人員發(fā)現(xiàn)，控制機器人運動的 大挑戰(zhàn)是當(dāng)它水平移動時。在這些情況下，它總是會浮出水面。
他說，研究小組發(fā)現(xiàn)，這是因為雖然氣體或液體均勻地流過對稱的移動物體上方和下方，但流化沙中的力分布并不平衡。Naclerio 說，這會為水平移動的機器人產(chǎn)生巨大的升力。
他在 份新聞聲明中說：“將沙子向上推開，而不是將其壓實要容易得多。”
他們說，為了解決這個問題，研究人員轉(zhuǎn)向物理學(xué)，對來自水平推入沙子的實心棒*的不同角度氣流產(chǎn)生的阻力和升力進(jìn)行測量。他們發(fā)現(xiàn)顆粒材料中的摩擦力響應(yīng)與牛頓流體定律中的摩擦力響應(yīng)大不相同，因為高摩擦力可以在運動方向上對大面積的地形造成壓實和應(yīng)力。
他們說，為了緩解這種情況，研究人員使用了 種低密度流體來提升和推動谷物遠(yuǎn)離入侵者——在這種情況下是機器人——來減少它必須克服的凈摩擦應(yīng)力。
他們還從另 種生物沙魚蜥蜴那里獲得了靈感，沙魚蜥蜴有 個楔形的頭部，有利于向下運動。他們說，這種設(shè)計方面允許研究人員調(diào)節(jié)阻力并使機器人保持水平移動而不會從沙子中升起。
展望未來
研究人員在《科學(xué)機器人》雜志上發(fā)表了 篇關(guān)于他們工作的論文。
研究人員說，軟機器人有許多潛在的應(yīng)用，包括土壤取樣、公用事業(yè)的地下安裝和侵蝕控制。
該機器的設(shè)計——尤其是能夠改變方向同時讓機器人的身體保持牢固固定的*延伸——也有利于在低重力環(huán)境中進(jìn)行探索。出于這個原因，美國宇航局有興趣使用軟機器人對其他行星和衛(wèi)星進(jìn)行潛在調(diào)查，研究人員說。
他們說，為此，該團(tuán)隊正在與航天局合作，專門為地球的衛(wèi)星甚至土衛(wèi)二（木星的衛(wèi)星）開發(fā)挖洞技術(shù)。
參與該項目的佐治亞理工學(xué)院教授 Daniel Goldman 表示，總體而言，該團(tuán)隊努力更好地了解植物和動物如何在地下環(huán)境中導(dǎo)航，這也為其他科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新鋪平了道路。
他在 份新聞聲明中說：“發(fā)現(xiàn)不同生物體在顆粒介質(zhì)中成功游泳和挖掘的原理，可以導(dǎo)致開發(fā)出可以利用這些原理的新型機制和機器人。” “反過來，開發(fā)具有這種能力的機器人可以激發(fā)新的動物研究，并指出顆?；|(zhì)物理學(xué)中的新現(xiàn)象。”
伊麗莎白·蒙塔爾巴諾 (Elizabeth Montalbano) 是 位自由撰稿人，撰寫技術(shù)和文化方面的文章已有 20 多年。她曾在鳳凰城、舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪、旅游、音樂、瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的 個村莊。
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