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像海星的爬行机器人!能水下作业,灵感来自壁虎

日期:2023-07-27 评论:0
智东西 7 月 26 日消息,据 TechXplore 报道,卡内基梅隆大学的研究人员从壁虎和海星中吸取灵感,研发新型黏附材料,并将此材料用于海星(GASS)爬行 机器人的研发。GASS 爬行机器人将首次用于水下环境,可静止停在 51 度斜坡上,并且该机器人可以吸附于任何物体表面。除此之外,新型黏附材料还可以收集物体表面的病原体、防范医院感染以及制作医疗设施传感器。

一、灵感源自壁虎,GASS 爬行机器人能静止在 51 ° 斜坡上

壁虎可以在多种环境中攀爬,并且它的爪子不会留下粘性残留物。这曾成为许多爬墙机器人的灵感来源,而卡内基梅隆大学的研究人员首次将目光着眼于壁虎爪上的粘膜,开发粘性材料,让爬行机器人可以进行水下活动。

▲图为 GASS 爬行机器人在潮湿表面爬行,来源:YouTube

" 水下活动是新材料的亮点。" 机械工程实验室的 Sampada Acharya 说。" 我们可以尝试将这一材料用于水下探索和日常医疗活动。"

一般情况下,研究人员制造粘性材料需要在无菌室中进行,程序较为复杂。该团队通过使用衍射光栅薄膜,以经济高效的方式简化了旧有流程。

为了测试这种材料的黏附性能,该团队开发了一种 GASS 爬行机器人,机器人的五只足上使用了新型黏附材料。

在评估 GASS 爬行机器人附着于玻璃、丙烯酸和不锈钢表面上的性能时,研究人员发现,在粘性支脚在潮湿和干燥条件下,机器人的运动能力都有了显著提升。机器人可以在 25 度的斜坡上爬升,并静止停留在 51 度的斜坡上。

二、新型黏附材料可用于防范医院感染和医疗传感器

该论文的主要作者 Sampada Acharya 和 Peter Roberts 的专研领域为医疗保健。尽管两位的目标方向不同,但他们都发现这种黏附材料有其实用价值。

Acharya 的研究重点是收集感染环境中的病原体(例如细菌,病毒,真菌)。它的研究目的是通过黏附材料等方式,收集病原体,以减少患者在医院的获得性感染(住院病人在医院内获得的感染)。这些黏附材料将安装在自主机器人中使用。

" 我希望看到厂商在未来的机器人中使用该黏附材料。该黏附材料可以收集和检测物体表面的病原体。这将减少医院感染病例,降低运营成本并使患者的生活更轻松。"Acharya 解释道。" 目前,我们研发的 GASS 爬行机器人能够在不同表面上移动。这意味着我们离投入生产的目标更近了一步。"

Roberts 是机械工程实验室教授 Carmel Majidi 的博士候选人,一直致力于开发生物电势电极传感器(包括心电图 ECG,肌电图 EMG,脑电图 EEG)的研究。为了使这些传感器在皮肤上有效发挥作用,尽管皮肤表面存在头发、汗水和其他污染物颗粒,它们仍需要粘附在皮肤上。

" 这种新型黏附材料在皮肤上效果较好,"Roberts 说。" 该材料使用接触分裂效应,模拟天然壁虎的粘合作用,增强了材料的附着力。"

▲图为新型黏附材料的生物灵感来源和 GASS 爬行机器人 应用示意,来源:Fro ntiers in Robotics and AI ( 2023 ) . DOI: 10.3389/frobt.2023.1209202

未来,该团队希望进一步改进新型壁虎黏附材料和 GASS 爬行机器人,实现水下作业、陡坡爬行以及运动速度提升。

结语:新型黏附材料或将助力机器人研究

新型黏附材料不仅可用于攀爬辅助材料和收集病原体等领域,未来或将应用于更多的机器人领域。并且由于其可黏附且柔软的特性,与刚性材料相比,更适合应用于仿生机器人等领域。

在过去让机器人在各种表面上攀爬是一件较为困难的事,但随着该研究团队在壁虎中得到灵感,巧妙地解决了这一难题,让机器人不仅可以在各种表面攀爬,还可以在倾斜表面静止不动。如果这一技术未来应用于机器人开发中,或可推动新型机器人研究。

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