美陆军研究团队造机器人 具“海洋拳王”般爆发力

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【新唐人北京时间2021年09月11日讯】漂亮又凶悍的螳螂虾出拳速度堪比子弹,有“海洋拳王”的美称。现在,由美国陆军资助的项目研究人员模拟动物界最强拳头的力学原理,造出了一个小机器人,为打造军事上的小型但强大的机器人设备铺平道路。

美国陆军研究实验室(Army Research Laboratory,ARL)在一份声明中说,一个由陆军资助的团队,包括机器人专家、工程师和来自哈佛大学(Harvard University)和杜克大学(Duke University)的生物学家最近发表了他们的研究结果:像螳螂虾一样出拳的一个小型机器人。

雀尾螳螂虾(mantis shrimp),俗名虾蛄、螳螂虾,学名叫蝉形齿指虾蛄,属于甲壳类肉食性节肢动物。螳螂虾以其超人的视觉、令人难以置信的力量和迷幻的色彩而闻名。

螳螂虾的武器是棍棒状的附肢,其加速速度比步枪的子弹还要快,仅仅一击就能将螃蟹的手臂打掉,或击穿蜗牛的外壳。

根据哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(Harvard’s John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)发布的一段视频,作为研究的一部分而开发的一个机器人模型,其加速速度与一辆汽车在4毫秒内达到58英里/小时的速度相当。

据哈佛大学称,这个1.5克的“虾级机器人”的速度并不像螳螂虾那么快,但在同等规模下,比任何类似的设备都要快。

美国陆军作战能力发展司令部、陆军研究实验室的项目经理卡尔弗(Dean Culver)博士说:“通过更细密地模仿螳螂虾的生理结构,该团队能够将其它机器人设备中的肢体产生的加速度提高10倍以上。”

螳螂虾如何产生如此致命、超快的运动,长期以来一直吸引着生物学家。最近高速成像的发展使得观察螳螂虾的打击过程成为可能,但其中的一些力学原理仍然不甚明了。

哈佛大学工程师Nak-seung Hyun博士说,当你在超高速摄像机上观察打击过程时,在硬壳释放和附肢发射之间有一个时间延迟。这就好比一只老鼠触发了一个捕鼠器,但它不是马上就断气,而是在断气之前有一个明显的延迟。显然有另一种机制将附肢固定住,但没有人能够从分析上了解这种机制是如何运作的。

螳螂虾有两个嵌入肌肉肌腱中的小结构被称为硬壳,作为附肢的锁扣,充当闩锁。在一个典型的弹簧加载机制中,一旦闩锁被移除,弹簧将立即释放储存的能量。生物学家们假设,虽然硬壳启动了解锁,但附肢本身的几何形状作为第二道锁扣,控制手臂的运动,同时继续储存能量。但这一理论还没有得到验证。

研究人员绘制了螳螂虾打击的4个不同阶段,从潜伏的硬壳开始,到附肢的实际撞击结束。他们发现,的确,在硬壳解锁后,该机制的几何形状接管了,将附肢固定在原地,直到它超过中心点,然后闩锁释放。

卡尔弗说,像这样的致动器架构为更小的机制提供了非凡的能力,用于传递力量,具有极大的军事用途。“我认为这是一个更广泛的收获”,卡尔弗补充说,“是工程界和国防研究要牢记的。”

自然界给人类诸多启示。2017年,伊利诺伊大学(University of Illinois)的研究人员发表了一项研究,详细介绍了受螳螂虾视觉系统的启发而开发的超灵敏相机。

(记者李昭希综合报导/责任编辑:林清)

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