美陸軍研究團隊造機器人 具「海洋拳王」般爆發力

FacebookPrintFont Size簡體

【新唐人北京時間2021年09月11日訊】漂亮又凶悍的螳螂蝦出拳速度堪比子彈,有「海洋拳王」的美稱。現在,由美國陸軍資助的項目研究人員模擬動物界最強拳頭的力學原理,造出了一個小機器人,為打造軍事上的小型但強大的機器人設備鋪平道路。

美國陸軍研究實驗室(Army Research Laboratory,ARL)在一份聲明中說,一個由陸軍資助的團隊,包括機器人專家、工程師和來自哈佛大學(Harvard University)和杜克大學(Duke University)的生物學家最近發表了他們的研究結果:像螳螂蝦一樣出拳的一個小型機器人。

雀尾螳螂蝦(mantis shrimp),俗名蝦蛄、螳螂蝦,學名叫蟬形齒指蝦蛄,屬於甲殼類肉食性節肢動物。螳螂蝦以其超人的視覺、令人難以置信的力量和迷幻的色彩而聞名。

螳螂蝦的武器是棍棒狀的附肢,其加速速度比步槍的子彈還要快,僅僅一擊就能將螃蟹的手臂打掉,或擊穿蝸牛的外殼。

根據哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(Harvard’s John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)發布的一段視頻,作為研究的一部分而開發的一個機器人模型,其加速速度與一輛汽車在4毫秒內達到58英里/小時的速度相當。

據哈佛大學稱,這個1.5克的「蝦級機器人」的速度並不像螳螂蝦那麼快,但在同等規模下,比任何類似的設備都要快。

美國陸軍作戰能力發展司令部、陸軍研究實驗室的項目經理卡爾弗(Dean Culver)博士說:「通過更細密地模仿螳螂蝦的生理結構,該團隊能夠將其它機器人設備中的肢體產生的加速度提高10倍以上。」

螳螂蝦如何產生如此致命、超快的運動,長期以來一直吸引著生物學家。最近高速成像的發展使得觀察螳螂蝦的打擊過程成為可能,但其中的一些力學原理仍然不甚明了。

哈佛大學工程師Nak-seung Hyun博士說,當你在超高速攝像機上觀察打擊過程時,在硬殼釋放和附肢發射之間有一個時間延遲。這就好比一隻老鼠觸發了一個捕鼠器,但它不是馬上就斷氣,而是在斷氣之前有一個明顯的延遲。顯然有另一種機制將附肢固定住,但沒有人能夠從分析上了解這種機制是如何運作的。

螳螂蝦有兩個嵌入肌肉肌腱中的小結構被稱為硬殼,作為附肢的鎖扣,充當閂鎖。在一個典型的彈簧加載機制中,一旦閂鎖被移除,彈簧將立即釋放儲存的能量。生物學家們假設,雖然硬殼啟動了解鎖,但附肢本身的幾何形狀作為第二道鎖扣,控制手臂的運動,同時繼續儲存能量。但這一理論還沒有得到驗證。

研究人員繪製了螳螂蝦打擊的4個不同階段,從潛伏的硬殼開始,到附肢的實際撞擊結束。他們發現,的確,在硬殼解鎖後,該機制的幾何形狀接管了,將附肢固定在原地,直到它超過中心點,然後閂鎖釋放。

卡爾弗說,像這樣的致動器架構為更小的機制提供了非凡的能力,用於傳遞力量,具有極大的軍事用途。「我認為這是一個更廣泛的收穫」,卡爾弗補充說,「是工程界和國防研究要牢記的。」

自然界給人類諸多啟示。2017年,伊利諾伊大學(University of Illinois)的研究人員發表了一項研究,詳細介紹了受螳螂蝦視覺系統的啟發而開發的超靈敏相機。

(記者李昭希綜合報導/責任編輯:林清)

相關文章
評論