在沙土中「潛行」探勘,科學家研發蛇形機器人

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 19 日 16:00 | 分類 機器人 , 無人機 Telegram share ! follow us in feedly


我們可以用機器人來挖掘下至深海上至太空的奧秘,並在陸地上趴趴走,執行各種運送、探索與搜救任務,不過仍有挑戰待克服,尤其是地下探勘,如今加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)已經研發出新型蛇形機器人,可以在細沙與土壤中挖洞前行,有如小型可愛版的「從地心竄出」。

一直以來蛇都是機器人的靈感來源,牠們簡單身形,卻可以前進、攀爬與捕捉獵物等靈活行為,因此蛇形機器人已經用於探索沙丘、海床、管線,甚至是出現在廢棄核電廠或是搜救任務,現在科學家則要把他們應用在地下探索。

UCSB 機械工程研究生研究員 Nicholas Naclerio 表示,物體穿越空氣與水幾乎沒有阻力,但地下世界又是另一回事了,假如我們試圖穿過地面,你必須先將土壤、沙子或其他介質推開。

地底下的阻力遠比水、空氣還要大,就算是土壤與砂石地形也一樣,鑽到地底下就得面對前方撥開、又隨即補上的砂石, UCSB 全新設計的軟機器人就好像藤蔓一樣,透過唯一的活動部件、往前生長的「頭」來移動,這時摩擦力會比整個身體動起來還要小。

但除此之外挖土機器人還得面臨其他挑戰。通常物體通過空氣或液體時,上方和下方承受的阻力均勻,但是在流化砂(fluidized sand)環境中,分布並不均勻,因此若機器人在土壤中水平前行時,會因為下方砂土已壓實,壓力更大難往前鑽,最後機器人前行方向會偏移往上挪。

為此減少蛇蛇機器人面對的阻力,科學家以章魚(southern sand octopus)為靈感,新型機器人前方會噴射氣流,吹開前面的砂土。

最終 USBC 打造出能輕鬆在沙土顆粒介質中「游動」的機器人,像蛇一樣扭動和轉彎,又或者是在沙子中潛行,遇到障礙物也能避開並從另一側重新竄出。團隊表示,這種設計有助於土壤採樣、安裝地下管線和電纜等方面。

(首圖來源:USBC