向蟑螂学习 中美科学家软体机器人研究取得突破

令人讨厌的蟑螂，却成为科研人员灵感的来源。一个由清华大学、美国加州大学伯克利分校、北京航空航天大学的科研人员组成的研究团队8日发布消息称，他们通过模仿蟑螂研制出的一种新型软体机器人，在运动速度和抗压性方面取得了突破。这项研究成果近日发表于《科学》杂志下属的机器人专业期刊《科学·机器人学》。
由于用金属、塑料等刚性材料制成的机器人结构脆弱，容易受到挤压破坏，科研人员把目光投向了柔性材料。然而，单纯用柔性材料制造的机器人运动速度缓慢，如何同时具备快速灵活的运动能力和较强的抗挤压能力一直是软体机器人领域的一个难题。
行动迅速、抗挤压能力强的蟑螂给了科研人员灵感。论文通讯作者、清华大学深圳国际研究生院副教授张旻告诉记者，他们把一块柔性压电材料和一块聚合物骨架结合起来，设计了一个类似蟑螂的机器昆虫，再为它配备一条具有特殊力学结构的“腿”，根据它的运动步态调整结构设计，最终实现了速度和抗压性的突破。
实验显示，这个长度为1厘米、重量约20毫克的“蟑螂”最高运动速度可达每秒20个自身身长，还具有爬坡的能力。在承受100克重物挤压后，它的运动能力保持不变，即使在承受约60公斤的成人踩踏后，仍然具备一定程度的运动能力。
“这项研究关键的创新就是它的结构设计和驱动原理，尤其是‘腿’的设计让‘蟑螂’实现快速移动，开辟了全新的软体机器人设计思路。”张旻说。
这样的软体机器人有望广泛应用于灾害救援、管道检测、环境监测、临床医疗等领域，不过张旻坦言，目前大多数软体机器人的性能距离真正的应用还有相当长的距离，下一步，他们将继续优化软体机器人的结构设计，重点解决软体机器人驱动力、负载能力、避障能力不足等问题，增加弹跳、爬壁等功能。
“事实上，一些科研人员已经不满足于做软体机器人，而是考虑在刚性的结构上加上柔性材料，制成软硬结合的机器人。”他说。