文/陈根

蟑螂,又名打不死的小强。作为地球上最古老的昆虫之一,蟑螂的起源最早可以追溯到4亿多年前志留纪,即便后面行星撞击,恐龙灭绝,蟑螂也还顽强的生活着,直到今天,都与人类共存。

尽管生活中人们往往对蟑螂避之唯恐而不及,但事实上,即便蟑螂给人们的生活带来了诸多烦恼,其仿生功能也依旧值得人类的学习。要知道,蟑螂每秒钟可以行走其体长的50倍;除了速度外,蟑螂的触角和尾须,是天然的天线和后视镜,骨骼能抵抗住高于自身体重800倍的压力。

而蟑螂之所以能够获得如此的速度和强度,则因为其特殊的身体结构。蟑螂外骨骼都是由柔性关节组成的,可拉长,可缩短。这种身体结构,既保证了蟑螂坚硬的外骨骼起到支撑保护,又增加了身体的弹性,起到了缓冲作用。

现在,受蟑螂启发,来自来自清华 - 伯克利深圳学院、澳门大学以及卡内基梅隆大学的研究团队开发了可以敏捷旋转的蟑螂机器人。此次研究的电子蟑螂机器人,不仅能敏捷地转弯,而且运动轨迹可以被精确控制,因而能穿越复杂地形、并快速避开意想不到的障碍。

就其主体而言,蟑螂机器人是一个以结构谐振频率驱动的弯曲压电薄膜,主体提供前进动力,两个静电脚垫用于控制其快速的转弯运动。就大小而言,蟑螂机器人同蟑螂一样大小,相当于一张大邮票,由一种叫做氟化聚乙烯(PVDF)的压电材料制成的薄片。

就速度而言,蟑螂机器人每分钟行进40米,是昆虫级机器人中速度最快的。研究人员将PVDF涂在弹性聚合物的一层中,导致整个薄板弯曲,这样,当材料在电场下弯曲和拉直时,就会以“跳跃”形式推动设备前进。

蟑螂机器人可实现每平方秒 28 体长的高相对向心加速度,这优于包括蟑螂在内的常见昆虫,以及目前已报道的所有柔性机器人的敏捷性。试验中,研究人员让机器人在乐高迷宫中行走以验证其敏捷的运动能力——蟑螂机器人成功用 5．6 秒走过一条 120 厘米长的迷宫轨道。

并且,相较于传统材质的大型机器人,蟑螂机器人还具有较强的柔韧性,即便承受 60 公斤的踩踏力,也依旧保持完好。研究人员表示,这样小巧、健壮和柔韧的机器人可能是进行搜救行动、或调查其他危险情况的理想选择,例如用来检查可能的气体泄漏。

在特殊的情况下,比如发生地震,像这样的机器人携带传感器后也可以在搜索和救援任务中派上用场,探测对于大型机器或者搜救犬无法深入的空间,成为现时代的“救援骑兵”。