80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车

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2018-07-0323:59:46
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80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车,北航副教授文力研发出仿生䲟鱼软体吸盘机器人该仿生机器人研发灵感来自䲟鱼制作该机器人研发团队克服了三大难题。

北航副教授文力研发出仿生䲟鱼软体吸盘机器人该仿生机器人研发灵感来自䲟鱼制作该机器人研发团队克服了三大难题9月21日,《科学·机器人学》(Science Robotics)杂志封面刊登报道了来自北京航空航天大学与哈佛大学研究人员合作研发的仿生䲟鱼软体吸盘机器人。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第1张-泥人传说这款机器人主要由北京航空航天大学80后副教授文力负责研发。文力教授于2011年获得北京航空航天大学博士学位,曾任美国哈佛大学劳德实验室博士后研究员。其主要研究方向为仿生机器人、软体机器人,目前主持国家自然科学基金重点项目“基于软体机器人的水下环境感知与目标抓取”。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第2张-泥人传说据了解,文教授最早接触软体机器人是在2011年去美国哈佛大学留学的时候,从此之后便一发不可收拾,这款仿生䲟鱼软体吸盘机器人并不是他的第一款作品。早前,文教授曾研发出了软体章鱼触手机器人、软体机器人抓手、基于液态金属的软体机器人等等,此外,文教授团队还在做关于仿生鱼的其他研究,比如模拟鱼尾部躯干摆动带来动力的全软体机器鱼,和模仿尾鳍摆动驱动的有骨架机器鱼等等。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第3张-泥人传说顾名思义,仿生䲟鱼软体吸盘机器人的设计灵感来自爱搭顺风车的䲟鱼,这种鱼不善于游泳,主要靠头部的吸盘吸附于游泳能力强的大型鲨鱼或海兽腹面,在海洋四处活动,所以又被形象的称为吸盘鱼和粘船鱼。2013年,正在研究仿生鲨鱼皮的文力教授注意到了这一种爱搭顺风车的䲟鱼,他发现䲟鱼的这一种行为,有利于节省能量,在海洋探测、水下救援和军事国防等军民领域都有较大的价值。要知道现今世界上最快的机器鱼,速度也才每秒六厘米,还不及普通小鱼游得快。而粘附在活鱼身上,机器人不仅可以更快还能节剩能量,于是文教授便开始了对仿生䲟鱼的研究。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第4张-泥人传说在制作䲟鱼仿生机器人过程中,首先面临是䲟鱼头部吸盘制作的难题。研究团队在运用环扫电镜等测量手段获得了䲟鱼头部吸盘的数据后,怎么制造这个模型却是犯了难。这因为䲟鱼这个吸盘软硬兼具,结构精巧,普通的3D打印技术根本无法完成。最终文力教授带领研究团队历时一年左右,研发出材料刚度横跨三个量级(材料的硬度变化相当于从人体的皮肤到骨骼)的3D打印技术,利用该技术可以实现吸盘样机3D打印一体成型。其次,䲟鱼之所以能吸附到别的物体上,是因为它的吸盘鳍片上有着2000多根锥状小刺,这种小刺可以调节吸附力大小。而找到这种强度高质地轻还能嵌入鳍片中的材料是研究的关键。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第5张-泥人传说在经过反复研究后,文教授选择了碳纤维材料,借助哈佛大学Robert Wood实验室的高精度激光加工技术,历时数月才加工出了和真实䲟鱼尺寸结构高度相像的硬质小刺,并嵌入到复合材料制成的䲟鱼样机鳍片中。这些小刺有1000根,在吸盘上呈列排布,可以上下移动来帮助吸盘吸附和脱落。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第6张-泥人传说最后,面对制成的样机,文教授团队遇到了最后一个拦路虎,就是怎么样让样机动起来并吸附到物体表面。面对这个难题,研究团队制作了一种防水且轻量化的纤维增强型软体直线驱动器,实现了䲟鱼内部鳍片的微动。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第7张-泥人传说至此,历时四年的䲟鱼研究项目终于出了第一篇论文,而制作出的仿生吸盘在水下光滑表面可以承受约自身340倍的拉力,在粗糙表面上承受约自身100倍的拉力,理论上可以承受鲨鱼每秒超过1.5米游速时水产生的冲击力。这其中,碳纤维小刺功不可没。80后教授的新款仿生机器人可以黏在鲨鱼身上搭顺风车 仿生科技 第8张-泥人传说文教授和他的研究团队已经把吸盘和游泳机器人结合起来,下一步将让这条䲟鱼回归大海,尝试在鲨鱼或者海豚身上进行真实测试,来进一步判断它的实际表现。

Beihang University

北京航空航天大学

北京航空航天大学于1952年在北京成立,是一所研究型公立大学,第一任校长是武光。现任校长是徐惠彬。

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