蛇，可謂最具發(fā)明力的植物之一。它們可以或許疾速行為，悄然進(jìn)步，攀越山地，擠進(jìn)很小的洞內(nèi)，乃至可以略微滑翔一會(huì)兒。并且雖然外不雅與蜥蜴有些類(lèi)似，但蛇類(lèi)完整沒(méi)有四肢。

　　蛇的發(fā)明力給研討人員帶來(lái)想象力。歷久以來(lái)，機(jī)械人專(zhuān)家們一向努力于蛇形機(jī)械人的研討，這重要是為懂得決受限空間中的多功效靈活性這一困難。斟酌到這一點(diǎn)，今朝市情曾經(jīng)具有各類(lèi)可以或許很好模擬蛇類(lèi)“步態(tài)”的無(wú)肢機(jī)械人。但是，蛇類(lèi)之所以特殊，毫不純真是由于其不具有四肢——蛇鱗異樣居功至偉。

　　上周末，哈佛年夜學(xué)研討人員揭橥了一篇關(guān)于新型機(jī)械人的論文，應(yīng)用蛇鱗構(gòu)造的“各向異性磨擦特征（anisotropic frictional properties）”，從剪紙藝術(shù)找到設(shè)計(jì)靈感，可以或許制作出一種充氣式柔性機(jī)械人，經(jīng)由過(guò)程充氣與放氣的輪回舉措完成匍匐。

　　哈佛年夜學(xué)愿望如許的柔性機(jī)械人用于摸索辣手且風(fēng)險(xiǎn)的地形、停止勘察或履行摸索及救濟(jì)，或許將該項(xiàng)技巧小型化以履行人體內(nèi)的醫(yī)療義務(wù)——這意味著，將改良過(guò)于龐雜的機(jī)械人構(gòu)造這一年夜缺點(diǎn)。

　　這款機(jī)械人完成活動(dòng)的癥結(jié)在于“皮膚”。在拉伸時(shí)，機(jī)械人的表面面采取更具抓地力的三維紋理——剪接式鱗片皮膚的運(yùn)用，為機(jī)械人供給了向前挪動(dòng)所必須的穩(wěn)固抓地力。

　　哈佛年夜學(xué)約翰保爾森工程與運(yùn)用迷信學(xué)院的Ahmad Rafsanjani表現(xiàn)，“我們?cè)?jīng)證明，剪紙工藝道理可以被歸入柔性機(jī)械人傍邊，從而以遠(yuǎn)簡(jiǎn)略于先前技巧的方法更快、更廉價(jià)地完成活動(dòng)才能。”這類(lèi)簡(jiǎn)化后果，表現(xiàn)在該機(jī)械人只須要一臺(tái)機(jī)電便可驅(qū)動(dòng)——而原有柔性機(jī)械人常常須要多套驅(qū)動(dòng)裝配。

　　詳細(xì)設(shè)計(jì)方面，研討人員們應(yīng)用激光切割機(jī)在塑料片上刻下多個(gè)微型瘦語(yǔ)，爾后將該資料環(huán)繞糾纏在可收縮與放氣的硅膠管四周。在充氣時(shí)，瘦語(yǔ)會(huì)彈起并捉住空中。而在放氣時(shí)，機(jī)械人便可向前挪動(dòng)。該膠管自己還包裹有凱夫拉爾纖維，用以堅(jiān)持機(jī)械人的固無(wú)形狀。

　　全體蛇鱗都指向雷同的偏向，從而提到可應(yīng)用的磨擦力，使蛇體更輕易向前挪動(dòng)而非向后挪動(dòng)。固然這會(huì)使蛇很難向后挪動(dòng)，但同時(shí)亦意味著蛇類(lèi)可以起首將全體鱗片張開(kāi)以取得向前的動(dòng)勢(shì)，爾后沿腹部收攏以推進(jìn)身材撤退退卻。如斯一來(lái)，只需蛇鱗在前后挪動(dòng)的進(jìn)程中磨擦力相等，其便可稍微退后。再有，因?yàn)樯喵[存執(zhí)政向，是以其一側(cè)滑膩而另外一側(cè)粗拙。這意味著只需蛇類(lèi)可以或許逗留在外面，其便可順?biāo)煜蚯芭矂?dòng)。值得一提的是，這也恰是bristlebots的任務(wù)道理。

　　為了制作與蛇鱗相似的鱗片皮膚，該團(tuán)隊(duì)制作了各類(lèi)可伸縮的塑料片，測(cè)驗(yàn)考試了多種分歧的瘦語(yǔ)外形，且每片鱗片都經(jīng)由過(guò)程激光蝕刻刻有奇特的圖案。這類(lèi)構(gòu)造使得機(jī)械人在軀體收縮并拉伸鱗片資料時(shí)，本來(lái)均勻的鱗片會(huì)變形并從機(jī)械人體內(nèi)彈出，進(jìn)而捉住空中并將軀體的重復(fù)收縮轉(zhuǎn)化為向前活動(dòng)。這類(lèi)方法簡(jiǎn)略、本錢(qián)昂貴且異常有用。

　　經(jīng)由三角形與圓形切割以后，該團(tuán)隊(duì)終究發(fā)明梯形鱗片最合適這款特定蛇形機(jī)械人，不是由于梯形可以或許發(fā)生更年夜的磨擦力，恰好相反，梯形許可鱗片得以充足舒展，從而贊助機(jī)械人在收縮本身軀體時(shí)得以發(fā)生更長(zhǎng)的“步幅”。只需鱗片設(shè)計(jì)可以或許在機(jī)械人向前挪動(dòng)時(shí)有用將本身錨定在空中上（供給更壯大的抓地力），那末機(jī)械人便可將向前挪動(dòng)疾速轉(zhuǎn)換為原地拉伸。而假如對(duì)三角形鱗片停止過(guò)度拉伸，那末塑料表層會(huì)稍微涌現(xiàn)永遠(yuǎn)變形，這意味著即便機(jī)械人處于放氣階段，鱗片也依然稍為張開(kāi)。

　　但是，研討人員留意到，鱗片設(shè)計(jì)存在一項(xiàng)缺陷，即在機(jī)械人處于放氣狀況時(shí)，鱗片所能發(fā)生的磨擦力將明顯下降——這是由于鱗片在此階段會(huì)被發(fā)出。要處理這個(gè)成績(jī)，他們須要確保機(jī)械人弗成停止充足放氣——當(dāng)供氣量在0到12毫升之間輪回變更時(shí)，該匍匐機(jī)械人的運(yùn)轉(zhuǎn)效力最好，相較于采取純?nèi)嵝约艚悠つw樹(shù)立的履帶式設(shè)計(jì)，前者的活動(dòng)效力凌駕約22%。

　　該團(tuán)隊(duì)還實(shí)驗(yàn)了繩狀與非繩狀體系設(shè)計(jì)原型。在繩狀設(shè)計(jì)傍邊，繩子用于向履帶供給充氣用的空氣。但為了完成終究版本的完整主動(dòng)化，其尾部須要充滿(mǎn)各類(lèi)電源、掌握器、履行器和傳感器。

　　這不是機(jī)械人初次從蛇身上找靈感設(shè)計(jì)。斯坦福年夜學(xué)所開(kāi)辟的救濟(jì)機(jī)械人與Eelume公司的水下維修機(jī)械人異樣與蛇類(lèi)相干。同時(shí)，也曾經(jīng)涌現(xiàn)了剪紙式設(shè)計(jì)在太陽(yáng)能電池與石墨烯納米技巧范疇的運(yùn)用。不外據(jù)我們所知，哈佛年夜學(xué)的蛇形機(jī)械人是初次將兩者設(shè)計(jì)研討加以聯(lián)合。