张大妈

仿生“风扇”让微型机器人更敏捷

源自公众号:仿生材料与组织再生前沿

01-13 13:07

涟漪蝽凭借腿部弹性“风扇”在水面上灵活穿梭,受此启发,研究人员开发出一种超轻仿生扇结构。该装置装载于昆虫级机器人后,显著提升了推进与转向效率,为微型机器人设计提供了全新思路。

仿生“风扇”让微型机器人更敏捷智能速览

  • 涟漪蝽依靠中足末端弹性扇子实现高机动性

  • 仿生风扇重约1毫克,入水展开离水折叠

  • Rhagobot机器人速度提升60%,转向更灵活

  • 可折叠结构大幅降低抬腿能量消耗

  • 研究成果为微型半水生机器人设计提供新思路

仿生“风扇”让微型机器人更敏捷精华内容

涟漪蝽中足末端的特殊结构,正是实现水面高机动性的关键所在,由此衍生的仿生技术展现了惊人的潜力。

仿生灵感来源

波纹蝽(Rhagovelia)体型小巧,能在湍流中灵活导航,全靠中足末端的羽毛状扇子。扫描电镜显示,该扇子由带状刺毛和倒钩组成,兼具柔韧性与刚性。在水中,扇子受毛细力作用约10毫秒内完全展开,提供推力;离水后则迅速折叠,减少阻力。这种被动展开与主动肌肉控制的结合,使其成为极佳的仿生对象。

超轻仿生结构

研究人员利用紫外激光加工聚酰亚胺薄膜,制造出重约1毫克的人工风扇。其设计模仿虫子的扁平带状结构,通过弹性毛细作用实现被动折叠与展开。该结构在用力划水时保持形状以增强阻力,而在抬腿时减小表面积以降低能耗,完美平衡了推进效率与能量损耗。

性能大幅提升

搭载仿生扇的Rhagobot机器人表现出色。实测显示,其平均速度达12.14 cm/s,比无扇版本提升60%;最大转向角速度高达206°/s,制动能力显著增强。流体动力学分析表明,仿生扇产生的流速和涡量均大幅提升,实现了类似飞行昆虫的敏捷机动。

这项研究揭示了“界面智能”的巨大潜力,通过结构与物理力的耦合,实现了微型机器人在水面上的高效运动。未来,这种仿生技术有望应用于环境监测、水面巡检等领域,开启微纳米机器人应用的新篇章。

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