变形

模仿阿米巴变形虫

  通常,人们想到的都是具有坚硬外壳的金属机器人。然而有业内人士反问:为什么机器人一定是金属做的呢?其中的一些机器人专家开始放弃按照人、昆虫,甚至坦克的模样研发机器人,他们把目光投向了不起眼的阿米巴变形虫。
  美国国防部对这一研究方向非常重视,并由其武器研发机构国防高级研究计划署(DARPA)向iRobot公司(一家以出品吸尘器机器人“鲁姆巴”(Roomba)知名的公司)提供了330万美元的资助。iRobot公司研发部门主管克里斯 ·琼斯(Chris Jones)表示,DARPA对这个机器人的标准是:必须能够通过直径不超过其自身最大直径一半的孔洞。
  要做到这一点,iRobot的工程师引入了“挤压”的概念――靠一侧变形来移动的团状“变形机器人”――其先进之处在于这种特殊的材料受压迫时非常坚固,在给予有限空间并进行压缩的情况下能够像液体一样的流动。琼斯博士说,这种现象十分类似观察真空包装的咖啡砖:一个未开封的咖啡砖受外部空气压迫,坚硬而牢固。然而,当铝箔被打开,咖啡砖遇到空气其压力得到平衡后,咖啡就会像似一盘散沙,使得它可以变换形状。
  这个变形机器人大致上呈球形结构,由充满微粒的柔软的三角面板构成。位于中心的控制系统通过微型空气压缩机控制三角面板内的空气压力(三角面板在空气进入之前保持坚硬)。当空气进入后,里面的微粒便能够移动,三角面板也因此可以改变形状。增加一组三角面板的内部压力而其他的保持不变,可以使机器人一边凸起,然后机器人就可以向另一边移动。这种变形能力不仅可以让机器人移动,而且可以让机器人进入任何形状的空间,只要这空间不小于机器人最大压缩状态时的体积即可。

变“推行”为“拉行”

  阿米巴变形虫机器人并不是唯一的竞争者。美国弗吉尼亚理工大学的机械专家丹尼斯·洪(Dennis Hong)另辟蹊径。他直接复制阿米巴虫在自然界中的活动方式,尽管丹尼斯的变形机器人是“推行”的。然而,真正的阿米巴变形虫是“拉行”的,它们向前行的方向伸出假足,然后身体的其他部分向假足方向“流动”过去。
  洪教授虽然不能完全复制阿米巴变形虫行走的方式,但他可以通过一种“拓展圆环”的方法来模仿阿米巴变形虫的行走:圆环结构通过单纯的翻滚自身,异曲同工地复制出阿米巴变形虫的移动方式。即通过一组软管组成肋骨状的圆环体结构来制造大一些机器人,每一个软管都可以独立伸缩。软管在圆环体结构上顺次伸缩,产生向前移动的动力。
  利用化学刺激后可以变形的聚合物和小圆环体结构物,洪博士制造出的相对小一些的机器人:结果在一端刷上适量的化学物质,这种机器人就能向另一端迅速移动。洪博士没有透露他使用的是哪种化学物质,但这种机器人的移动速度的确惊人,它也能像那个变形机器人一样挤过小于自身直径的小孔。
  这样的机器人可以在搜索和救援中大显身手。另一主要用途是医学上的内窥镜检查――一种通过在病人身上开个小孔伸入摄像头进行内部检查的方式。目前,这种安装在可弯曲导线末端上的内窥镜摄像头,有可能被一种柔软、黏糊、足够小的机器人取代。当这一小团东西在身体内漫游时,病人是什么感受,那就是另一回事了。

资料来源The Economist

责任编辑 则 鸣