博士生研發(fā)“蟑螂機(jī)器人”踩扁還能接著跑
一般人見到蟑螂，第一反應(yīng)是趕緊踩死，但有時候，抬起腿會發(fā)現(xiàn)蟑螂居然還能跑。相比其他人趕緊再補(bǔ)上一腳，90后清華大學(xué)博士生吳一川卻在思考怎么利用蟑螂的“超能力”。 近日，以他為第一作者的一篇講述“蟑螂機(jī)器人”的論文發(fā)表在機(jī)器人領(lǐng)域的頂尖期刊上。吳一川接受北京青年報記者采訪時表示，這個“蟑螂機(jī)器人”可以實(shí)現(xiàn)像蟑螂一樣的高速運(yùn)動，并能耐受一定程度的踩踏，未來有望應(yīng)用于災(zāi)后搜救、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，為人類服務(wù)。
成果
“蟑螂機(jī)器人”生命力很頑強(qiáng)
近日，國際頂尖機(jī)器人領(lǐng)域期刊《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)—機(jī)器人學(xué)》上發(fā)表了一篇“蟑螂機(jī)器人”的論文，引發(fā)不少網(wǎng)友熱議。
17日，吳一川告訴北青報記者，這篇論文的科研團(tuán)隊(duì)來自清華大學(xué)王曉浩教授課題組和美國加州大學(xué)伯克利分校林立偉教授課題組。吳一川介紹，蟑螂雖然是一種害蟲，但其運(yùn)動速度非?？?，生命力也極其頑強(qiáng)，“有研究指出，蟑螂是和恐龍一個時代的生物，其存活至今，說明背后肯定隱藏著一些值得我們?nèi)祟惲私獾闹R。”
2016年，吳一川通過清華大學(xué)的合作項(xiàng)目，前往加州大學(xué)伯克利分校開展科研工作，并開始將蟑螂的特性應(yīng)用到機(jī)器人上。
“相比于剛性機(jī)器人，柔性機(jī)器人沒有剛性部件容易脆斷的限制，我們目前研究出的機(jī)器人的驅(qū)動材料用的是一種柔性壓電材料，這種材料本身可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，但我們將這個作用反了過來，給它電力，讓它變形。”吳一川介紹，基于這種材料，進(jìn)行特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就可以在沒有多少重量的情況下，讓機(jī)器人模擬出蟑螂的一些動作特征。
揭秘
為研究把蟑螂視頻看了幾十次
為了讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)蟑螂般的快速移動，吳一川和加州大學(xué)伯克利分校一位長年研究蟑螂的生物學(xué)家羅伯特福爾教授展開了合作：“教授發(fā)現(xiàn)，蟑螂移動的時候，通過腿部的動作，有時是騰空跳躍的，只不過因?yàn)檫@個騰空的高度相比我們?nèi)祟愄土?，我們很難發(fā)現(xiàn)。”
為了還原蟑螂的移動，課題組把用高速攝像機(jī)拍下來的蟑螂移動的視頻研究了幾十次，“我們需要找到蟑螂的重心，因?yàn)橛嬎銠C(jī)根據(jù)圖像分析出來的重心只能做一個參考，所以還得將圖像放大，親自計算。”吳一川介紹，經(jīng)過計算，蟑螂移動時候的重心連成線畫出來的話，就仿佛一條波浪線，這也反映了蟑螂是如何“跳著走”的。據(jù)悉，目前研制的一系列的“蟑螂機(jī)器人”長度約為1~3厘米，重量小于1/10克，其中1厘米的機(jī)器人的運(yùn)動速度可達(dá)每秒20厘米，相當(dāng)于20倍的自身長度，還具備一定的爬坡和攜帶負(fù)載的能力。
吳一川介紹，除了在運(yùn)動速度上接近蟑螂，利用柔性材料制作的機(jī)器人還能在耐壓層面上接近蟑螂的能力。先前的研究發(fā)現(xiàn)，蟑螂在承受自身重量900倍的壓力后，仍能保持生命力，這相當(dāng)于一個60公斤的人承受住了54噸的壓力。
吳一川介紹，在實(shí)驗(yàn)中，研究人員將一個100克的砝碼放在“蟑螂機(jī)器人”上，“蟑螂機(jī)器人”幾乎被壓扁了，但將砝碼取走后，“蟑螂機(jī)器人”仍然能夠高速運(yùn)動，速度幾乎沒有受到影響。“后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，我親自站到了‘蟑螂機(jī)器人’上面，我的體重差不多就是60公斤，我離開之后，再次測試蟑螂機(jī)器人的速度，發(fā)現(xiàn)其仍能保持一般的性能。某種程度上，‘蟑螂機(jī)器人’具備了類似真蟑螂的抗壓能力。”
應(yīng)用
未來或可用于災(zāi)害救援
據(jù)介紹，包括“蟑螂機(jī)器人”在內(nèi)的微型軟體機(jī)器人未來應(yīng)用前景非常廣泛，有望在災(zāi)害救援、管道檢測、偵察監(jiān)聽等隱蔽狹小空間作業(yè)場合大顯身手。“比如在救災(zāi)的時候，一些人和搜救犬進(jìn)不去的地方，‘蟑螂機(jī)器人’就可能發(fā)揮作用，如果‘蟑螂機(jī)器人’達(dá)成集群，就可能取得更高效的監(jiān)測效果。”吳一川說。
不過，吳一川坦言，現(xiàn)在研究只是邁出了第一步。“目前此款機(jī)器人達(dá)不到完美，比如電源還是依靠外部供電，需要導(dǎo)線連接。負(fù)重等能力也還需要進(jìn)一步增強(qiáng)，以便攜帶微型傳感器。未來我們會和能源等領(lǐng)域的專家合作，爭取讓包括‘蟑螂機(jī)器人’在內(nèi)的軟體機(jī)器人更多、更好地為人類服務(wù)。”文/本報記者 屈暢 實(shí)習(xí)記者 汪楊清
