陳根：從獵豹啟發到水母啟示，機器人的自然原型

文/陳根

聽到「軟體」，人們總是本能地想到毛毛蟲之類行動比較緩慢的生物。而對於機器人，我們本能的感受則是「剛硬」。而今年來，一支由美國科學家組成的科學團隊嘗試在軟體機器人上以獵豹的這種奔跑原理為靈感複製這種運動，這項稱之為LEAP的研究發表在《科學·進展》上。

藉助於這種技術，LEAP能夠以每秒2.7個身體長度的速度在平坦、堅實的地面上馳騁。另外，如果給該軟體機器人配備鰭的話，它的最大遊泳速度可以達到每秒0.78個體長。相比之下，目前最快的傳統軟體機器人在陸地上的最高速度為0.8，遊泳時為0.7。

近日，科學家們在受獵豹啟發的快速移動機器人上做了技術的更新與改進，這次，是受了水母的啟發。研究人員表示「之前的工作主要集中在製造軟體機器人，這些機器人的靈感來自獵豹——雖然機器人的速度非常快，但它們仍然有一個僵硬的內脊柱。」

研究人員想做一個完全柔軟的機器人，沒有內脊柱，仍然利用那種在兩種穩定狀態之間切換的概念，以使軟體機器人的移動更加有力——而且更加快速，而在這個設想下受到啟發的動物之一就是水母。這項研究已發布在《先進材料技術》上。

軟致動器通常設計為固有無應力和穩定。放鬆這樣的設計約束可以探索利用機械預應力和彈性不穩定性來實現潛在的高性能軟機器人。在實驗中，研究人員利用預應變鬆弛策略設計了二維和三維預彎柔性驅動器，具有可調單穩態和雙穩態特性，可用於多功能軟機器人。

通過將帶嵌入式氣動通道的無應力活性層粘結到單軸或雙軸預拉伸彈性體條或圓盤上，預應變釋放後分別產生預彎曲的二維梁狀彎曲致動器和三維拱起致動器。這種預彎軟致動器通過簡單地控制預應變和偏置雙層厚度比，在驅動下表現出可調的單穩態和雙穩態行為。

它們在多功能軟機器人技術中的意義在於實現高性能的操作和移動，包括通過預應力抓取物體的節能軟夾持器、快速幼蟲式跳躍式軟履帶，平均移動速度為0.65身體長度s−1（51.4 mm s−1），快速遊泳的雙穩態水母狀軟機器人，平均速度為53.3毫米s−1，而作為研究的一部分，研究的三種水母都沒有超過每秒30毫米的速度。