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长期以来,虫子一直嘲笑机器人专家,说它们是多么不可思议。令人惊讶的移动,令人惊讶的高效和超级强大,在某些情况下,真的非常便宜。但制造一个与昆虫相当的机器人是极其困难的——如此困难以至于通常更容易的是劫持活着的昆虫本身,让它们为我们工作。你知道比这更简单的是什么吗?


蜘蛛基本上是液压(或气动)抓手。活着的蜘蛛通过一个内部的瓣膜系统,通过四肢的每个肢体调节血压来控制它们的四肢。较高的压力会使肢体伸展,当血压降低时,拮抗屈肌会使肢体弯曲。顺便说一句,这就是为什么蜘蛛从死亡的缠绕中挣脱出来时,它们的腿都蜷缩起来:因为没有血压来平衡屈肌的力量。

这意味着,驱动一只蜘蛛的8条四肢是相对简单的。只要把它插在阀门系统的中间,注入一些空气,噗的一声,所有的腿就会膨胀并伸直。


我们的策略与生物启发的方法不同,生物启发的方法是研究人员通过观察蜘蛛的物理形态来设计思想,然后在复杂的工程系统中实施,也不同于生物混合系统,生物混合系统以活性或活性生物材料作为系统的基础,要求仔细和精确的维护。


我们对蜘蛛尸体进行了改造,创造了一个气动驱动的抓取器,只需一个简单的组装步骤,就可以实现完整的功能,从而避免了通常的流体驱动执行器和抓取器所需要的繁琐和约束性的制造步骤。

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莱斯大学普雷斯顿创新实验室的研究人员在《高级科学》杂志刚刚发表的一篇论文中描述了这项工作。在这篇论文中,研究小组对这种死去的蜘蛛抓取器的性能做了一些描述,结果令人印象深刻:它可以举起1.3倍于自身重量的物体,产生0.35毫牛顿的峰值抓取力,在四肢或阀门系统开始显著退化之前,它至少可以启动700次。1000次循环后,死蜘蛛的连接处出现了一些裂缝,可能是因为脱水。但研究人员认为,通过给蜘蛛涂上一层类似蜂蜡的东西,他们可能会在很大程度上阻止这种分解。这种蜘蛛爪能够成功地抓取各种物体,可能是因为腿固有的顺应性,以及腿上类似定向粘合剂的毛发状微结构的组合。

不幸的是(虽然有些明显),我们不能说在研究过程中没有蜘蛛受到伤害。根据该论文,生物原料(即蜘蛛尸体)是通过将狼蛛置于冷冻温度(约-4°C)下安乐死5-7天获得的。研究人员指出,目前的文献中没有关于蜘蛛的伦理来源和人道安乐死的明确指南,考虑到我们对一些蜘蛛可爱但仍然可怕的性格了解多少,这真的是应该解决的问题。


狼蛛是一个方便的选择,因为它施加的抓取力大约等于它自己的重量,这就引出了一个有趣的问题:不同大小的蜘蛛会有什么样的表现?根据比例分析,研究人员认为10毫克的跳蛛可以施加超过其体重200%的抓握力,而200克的歌利亚蜘蛛只能用其体重10%的力抓握力。但也就是20克,可是歌利亚蜘蛛很大。


无论是好是坏,昆虫似乎最有可能提供死亡机器人的潜力,因为制造这种规模的气动、关节和肌肉可能非常具有挑战性,如果不是不可能的话。尤其是蜘蛛(以及其他类似蜘蛛的昆虫),它们能提供生物可降解的、环保的按需驱动功能,研究人员希望这种功能能得到显著扩展。电容式接近传感器可以实现自主性,例如,谨慎地捕捉小型生物,以便在现实场景中采集样本。四肢的独立驱动可以导致机器人的运动。研究人员还计划探索鞭蝎的高速关节,以及patu digua蜘蛛的真正微尺度操作。


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