解密玻璃清洗机器人:智
一、解密玻璃清洗机器人:智能技术引领幕墙清洗新时代 近年来,随着城市建筑的垂直化发展和高层建筑的不断涌现,玻璃幕墙已经成为现代建筑的一种常见外立面形式。然而,随之而
神行者
仿生机器壁虎“神行者”作为一种体积小、行动灵活的新型智能机器人,有可能在不久的将来广泛应用于搜索、救援、反恐,以及科学实验和科学考察。
据李晓阳博士介绍,这种机器人壁虎,能在各种建筑物的墙面、地下和墙缝中垂直上下迅速攀爬,或者在天花板下倒挂行走,对光滑的玻璃、粗糙或者粘有粉尘的墙面以及各种金属材料表面都能够适应,能够自动辨识障碍物并规避绕行,动作灵活逼真。其灵活性和运动速度可媲美自然界的壁虎。
“神行者”在垂直墙面上快速攀爬运动
启发
在自然界,壁虎依靠神奇的四脚静止时紧紧吸附,移动时轻松脱离。许多对壁虎脚足刚毛的研究认为,壁虎之所以能够攀檐走壁,完全是壁虎脚与攀爬对象之间“范德华力”作用的结果。
因此,多年来各国科研人员都致力于用纳米材料来模仿壁虎脚刚毛,并制造了各式各样的“机器壁虎”。
然而,这些“机器壁虎”大都只能局限于在光滑的物体表面缓慢移动,需要外接电源和控制装置,无法有效控制“强吸附”、“弱脱附”过程以及运动方向,更不能克服万有引力的作用倒立在天花板下运动。
参与研制这种机器人的科学家Mark Cutkosky解释了这种神奇吸力手的原理,在每个吸力手上,都有数百万根由人造橡胶制造的毛发,每根细毛的直径大约只有500个纳米左右,比人类的毛发还细很多,每根这种毛发的长度则只有不到2微米,这使得“粘人”的吸力手能非常的接近玻璃壁的表面,这样的结构还能够使得人造橡胶毛发中的分子和玻璃壁分子的距离异常接近。 此时,两者的分子们之间会产生一种奇异的自然现象,分子弱电磁引力,也叫“范德瓦尔斯力”。每一对这种力大约可以帮助毛发产生抓起一只蚂蚁的力量。
美国仿生机器壁虎Stickybot
虽然每一对力并不大,但是数百万根毛发产生的这种吸力却能够产生惊人的力量。根据斯坦福大学分子物理学科学家们的研究,2平方毫米大小内的100万根这样的毛发就能够支持提起20公斤重量。所以要让机器人能够附着在直壁上,吸力手只需要增大分子接触面。
在每根毛发的末梢,还有上千根更加细小的毛发分枝,每根毛发分枝的前端又有一个分叉。无数的这种“范德瓦尔斯力”集合起来,“粘人”机器人也就自然能在墙壁上行走了。事实上,壁虎也是使用了手掌上数百万级的被称为“刚毛”的毛发完成同样的工作的
仿生机器壁虎“神行者”作为一种体积小、行动灵活的新型智能机器人,有可能在不久的将来广泛应用于搜索、救援、反恐,以及科学实验和科学考察。据李晓阳博士介绍,这种机器人壁虎,能在各种建筑物的墙面、地下和墙缝中垂直上下迅速攀爬,或者在天花板下倒挂行走,对光滑的玻璃、粗糙或者粘有粉尘的墙面以及各种金属材料表面都能够适应,能够自动辨识障碍物并规避绕行,动作灵活逼真。其灵活性和运动速度可媲美自然界的壁虎。
探索研究机器人的不同方式,为机器人的研发提供新的方案,希望能够研制出一种在狭小地域内可以使用的机器人。
1 胶布
英国曼彻斯特大学的科研人员模仿壁虎脚趾的微结构,研制了一种柔韧的胶布,上面覆以上百万根人工合成的绒毛,每根毛的长度不足2微米。根据他们的推算,一块巴掌大的这种胶布就能将一个成年人悬吊起来。美国芝加哥西北大学的科研人员发明了一种超级胶,在水下环境也不会失去黏着力。因为灵感来源于壁虎和贻贝(在水中能够牢牢地紧贴在岩石上,即使大风大浪袭来时也能纹丝不动的一种水生动物),得名“壁贻胶布”。由于壁虎胶带利用了细毛的黏性,不仅黏合力超强,还具有易于被揭下、不对物体表面造成损伤、可反复使用等优点。
壁虎胶布的应用范围非常广泛,包括医药、工业和军用武器等领域,尤其在医疗缝合伤口和机器人水下工作方面,优势更为突出。想想看,从伤者身上撕下绷带像壁虎抬脚一样轻松,就不会伤害伤者的皮肤了。
2 防水绷带
美国麻省理工学院的科研人员受壁虎黏性掌面的启发,采用最新计算机技术模拟了壁虎的脚趾,将绷带的表面制成微型“丘陵和峡谷”状的高低起伏,研制出一种防水绷带,使患者的伤口无须缝针便能愈合。经过数周之后,这种绷带会随着伤口的逐渐愈合而自行溶解。在绷带的最外层覆盖着一层胶,有助于绷带更好地粘贴在潮湿的患伤表面,如:心脏、膀胱或肺脏。绷带在人体内分解时不会生成毒素,也不会发炎,目前已在动物实验中取得了成功测试。
模仿生物形态结构创造机械的技术有悠久的历史。 15世纪意大利的列奥纳多·达芬奇认为人类可以模仿鸟类飞行,并绘制了扑翼机图。 到19世纪,各种自然科学有了较大的发展,人们利用空气动力学原理,制成了几种不同类型的单翼机和双翼滑翔机。 1903年,美国的W.莱特和O.莱特发明了飞机。然而,在很长一段时间内,人们对于生物与机器之间到底有什么共同之处还缺乏认识,因而只限于形体上的模仿。 1970年日本人工手研究会主办召开了第一届生物机构讨论会,从而确立了生物力学和生物机构学两个学科,在这个基础上形成了仿生机械学。
自20世纪60年代初仿生学诞生以来,仿生技术已得到迅速发展,并获得了广泛应用。尤其是在军用方面,仿生技术是武器装备发展的核心技术,已成为新概念武器装备发展及性能提升的常用方法,具有极其广阔的应用前景。
通过对国外仿生技术领域的四个方面:仿生系统、仿生功能组件、仿生材料、仿生计算的发展态势、未来发展走向分别进行研究,并且评估了其潜在价值或军事应用方向,包括提升作战效能、新增武器装备,甚至新型技术应用带来的作战理念和方式的改变等,研究表明仿生手段正是高技术军备中最具发展潜力的方向之一,在新材料技术、新工艺手段和大工业基础的支撑下,将会对军事领域产生颠覆性变革。
mems和仿生机器人研究都是未来热门专业,国家大力扶持
更精准地提现到蚂蚁的搬运流程与搬运路线
“仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前在西方国家,机械宠物十分流行,另外,仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务,具有广阔的开发前景。
二十一世纪人类将进入老龄化社会,发展“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足,解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题,并能开辟新的产业,创造新的就业机会。”
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