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        “章魚機(jī)器人”開啟軟體機(jī)器人新時代

        2016-11-09 14:11:34鄭詩濃
        知識窗 2016年11期
        關(guān)鍵詞:軟體觸角章魚

        鄭詩濃

        自然是取之不盡的靈感源泉,科學(xué)家曾將蟑螂、鰻魚、蠑螈、蜘蛛等動物的特點(diǎn)運(yùn)用到尖端科技當(dāng)中,并取得了巨大的成功。而這一次,他們把目光聚焦在了章魚身上。來自哈佛大學(xué)威斯生物工程研究所的團(tuán)隊(duì),受到柔軟的八爪動物啟發(fā),創(chuàng)造出了世界上第一個自主式軟體機(jī)器人。

        這個機(jī)器人的形象和以往的機(jī)器人大不相同,它看起來就像一只通體透明的小章魚,且身體兩側(cè)共有八根彈性超強(qiáng),會有規(guī)律、自主彎曲的機(jī)械臂,啟動時仿佛真的章魚正悠閑地?fù)]舞著觸角。

        機(jī)械章魚的不同之處在于它的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者們腦洞大開,改變了傳統(tǒng)以電作為動力,而是用3D打印技術(shù)構(gòu)建了一個氣動網(wǎng)絡(luò)。他們先在章魚形狀的模具中倒入了有機(jī)硅聚合物,又在聚合物中注入一種特殊的墨水,這種墨水可以在聚合物中保持形狀和位置。加熱后,墨水蒸發(fā),留下了內(nèi)部的通道。

        和普通的電子回路不同,在機(jī)械章魚的回路里傳遞的不是電子,而是液體和氣體。它大大的腦袋里面,有兩個儲存過氧化氫水溶液的小房間。水溶液在旁邊振蕩器的調(diào)節(jié)下會流出,進(jìn)入身體里的反應(yīng)室,在鉑基催化劑的催化下,過氧化氫水溶液會分解出氧氣。這些氣體因壓力被擠到章魚的觸角中,柔軟的觸角膨脹舒展,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂的運(yùn)動,剩余廢氣將從排氣孔中排出。

        研究者把簡單的化學(xué)反應(yīng)與軟性材料相結(jié)合,得到了驚人的效果。但怎樣保證機(jī)械章魚體內(nèi)的化學(xué)燃料能持續(xù)使用一段時間,而不是在反應(yīng)中一次性消耗完呢?由羅伯特帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)為此煞費(fèi)苦心。

        由于壓強(qiáng)的變化,有些機(jī)械臂的閥門會打開,剩余的則會關(guān)閉,以此保證同一時間內(nèi)只有一部分機(jī)械臂流通燃料。隨著燃料的消耗,先運(yùn)動過的機(jī)械臂內(nèi)壓強(qiáng)下降,使得燃料轉(zhuǎn)向另一部分原本關(guān)閉的通道。在閥門開關(guān)的巧妙作用下,燃料來回流通,確保了機(jī)械章魚在一段時間內(nèi)的自主運(yùn)動。

        啟動機(jī)械章魚需要人工協(xié)助,研究者將過氧化氫水溶液注入后,便開啟了上述過程。羅伯特表示,這只可愛的小章魚機(jī)器人的制作材料成本不到3美元,目前機(jī)械章魚只有4~8分鐘的“生命”,還有待繼續(xù)改善。

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