變色龍、蠑螈和許多蟾蜍利用儲(chǔ)存的彈性能量，向距離身體1.5米遠(yuǎn)的毫無防備的昆蟲發(fā)出粘糊糊的舌頭，在十分之一秒內(nèi)就能抓住它們。
拉美西斯·馬丁內(nèi)斯，普渡大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院的助理教授和普渡大學(xué)工程學(xué)院的韋爾登生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院以及Puriver大學(xué)的其他普度大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種全新的完全柔軟的機(jī)器人和致動(dòng)器，能夠重新創(chuàng)建生物啟發(fā)的高功率和高速運(yùn)動(dòng)。利用儲(chǔ)存的彈性能量。這些機(jī)器人是用類似于橡皮筋的可拉伸聚合物制造的，內(nèi)部氣動(dòng)通道在加壓時(shí)膨脹。
這些機(jī)器人的彈性能量是通過在制造過程中按照自然原理向一個(gè)或多個(gè)方向拉伸身體來儲(chǔ)存的。與變色龍的舌頭打擊類似，一個(gè)預(yù)應(yīng)力氣動(dòng)軟機(jī)器人能夠?qū)⒆约旱拈L(zhǎng)度擴(kuò)大5倍，捕捉一只活的蒼蠅甲蟲，并在120毫秒內(nèi)將其取回。
馬丁內(nèi)斯說：“我們相信，如果我們能制造出能夠像變色龍那樣高速執(zhí)行如此大幅度運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，那么許多自動(dòng)化任務(wù)就能更準(zhǔn)確、更快地完成。”傳統(tǒng)的機(jī)器人通常是用堅(jiān)硬而笨重的部件制造的，這些部件由于慣性而減慢了它們的運(yùn)動(dòng)速度。我們想克服這一挑戰(zhàn)。”
這項(xiàng)技術(shù)發(fā)表在10月25日出版的《高級(jí)功能材料》雜志上。一段視頻顯示了這個(gè)捕捉昆蟲的機(jī)器人：
許多鳥類，像三趾啄木鳥一樣，利用腿后部受力肌腱中儲(chǔ)存的彈性能量，實(shí)現(xiàn)零功率棲息，使它們?cè)谒X時(shí)不會(huì)從棲木上掉下來。這些鳥類的解剖結(jié)構(gòu)就是一個(gè)例子，它可以制造出零功率的抓取器，抓取重量的100倍，并從高達(dá)116度的角度倒立著。
這些夾持器的軟臂與夾持物體的一致性最大化了接觸面積，增強(qiáng)了抓握和促進(jìn)高速捕捉和零功率保持。
一些植物還知道如何利用彈性能量，利用“陷阱機(jī)制”實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。金星捕蠅草利用儲(chǔ)存在其雙穩(wěn)態(tài)彎曲葉片中的彈性能量，快速接近探索其內(nèi)表面的獵物。
受金星捕蠅草的誘捕機(jī)制的啟發(fā)，并研究蜥蜴如何捕捉昆蟲，普渡大學(xué)的研究小組創(chuàng)造了一種軟性機(jī)器人金星捕蠅草，它在收到短暫的加壓刺激后僅50毫秒就關(guān)閉了。一個(gè)高速攝像機(jī)視頻顯示了這個(gè)軟機(jī)器人維納斯捕蠅草的關(guān)閉：
馬丁內(nèi)茲說，這些新的預(yù)應(yīng)力軟機(jī)器人比現(xiàn)有的軟機(jī)器人系統(tǒng)具有幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，它們擅長(zhǎng)高速抓取、抓握和操縱各種各樣的物體。它們可以利用儲(chǔ)存在其預(yù)應(yīng)力彈性層中的彈性能量，在不消耗任何外力的情況下，將物體保持在其重量的100倍。
它們?nèi)彳浀钠つw可以很容易地用防滑的小孢子形成圖案，這大大增加了它們的牽引力，使它們能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)倒立棲息，并有助于捕獲活的獵物。
“我們?cè)O(shè)想，這里提出的設(shè)計(jì)和制造策略將為新一代完全柔軟的機(jī)器人鋪平道路，機(jī)器人能夠利用彈性能量來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有機(jī)器人目前無法接近的速度和運(yùn)動(dòng)。”馬丁內(nèi)茲說。
