哈佛大學(xué)的研究人員以日本古老的剪紙藝術(shù)kirigami為設(shè)計(jì)靈感，研發(fā)出新型軟體機(jī)器人

近日，哈佛大學(xué)的研究人員以日本古老的剪紙藝術(shù)kirigami為設(shè)計(jì)靈感，利用具有感應(yīng)結(jié)構(gòu)的可變形材料來模擬蛇鱗，從而研發(fā)出一種新型軟體機(jī)器人。該機(jī)器人能夠像蛇一樣，通過反復(fù)的充氣、放氣來爬行，可用于搜索和救援等任務(wù)。

研究人員利用蛇鱗“各向異性摩擦”的特性，將該機(jī)器人的重復(fù)性脈沖運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯斑\(yùn)動。為了測試機(jī)器人鱗片皮膚，研究人員制作了多種不同的可拉伸塑料片，并在每片上用激光刻上不同的扁平鱗片圖案，然后將該片材纏繞在由空氣驅(qū)動的硅橡膠管周圍。這種結(jié)構(gòu)能夠在機(jī)器人充氣并拉伸塑料片時，使其扁平的鱗片變形并從身上彈出來抓住地面，并通過不斷的充氣、放氣，從而向前移動。

為找到最佳的鱗片切割模式，以讓機(jī)器人更好地前行，研究人員嘗試了一系列不同的比例模型，包括線條、梯形、三角形以及圓形。實(shí)驗(yàn)證明，對于這款機(jī)器人來說，最有效的鱗片設(shè)計(jì)是梯形。梯形不僅能夠產(chǎn)生更多的摩擦力，而且這種形狀能夠讓機(jī)器人皮膚得到更多地伸展。當(dāng)機(jī)器人處于充氣狀態(tài)時，則會向前伸展，使其鱗片彈起并抓住表面，這個過程中產(chǎn)生的摩擦推動機(jī)器人前進(jìn)，這使得機(jī)器人在移動過程中，能夠產(chǎn)生更長的“步幅”。當(dāng)機(jī)器人向前移動時，只要鱗片設(shè)計(jì)能夠有效地將其錨定在地面上，就能以拉伸的形式進(jìn)行快速移動。

研究人員表示，這種可變的塑料性皮膚可在兩方面影響機(jī)器人反應(yīng)速度：一方面，這種皮膚增加了爬行機(jī)器人在剛開始充氣時的延伸長度；另一方面，在整個驅(qū)動過程中，其永久的方向紋理結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生高度的“各向異性摩擦”特性。因此，當(dāng)供氣量在0-12ml之間循環(huán)變化時，該爬行機(jī)器人的運(yùn)動效率最佳。