相信很多人都聽過「仿生設計」,通過對大自然界的生物,包括動植物、微生物及人類等外部設計的認知基礎上,應用在產品形態的創新。仿生機械人亦是機械人學其中一個分支,如果說人工智能是機械人的頭腦,那麼仿生設計就是賦予機械人靈活的身體,適合應付各種物理環境的挑戰。

後翻機械人跨越惡劣地形

德國廠商Festo專注研發和製造仿生機械人,近年展示了不少令人嘆為觀止的產品。今年三月,Festo推出來自其仿生學習網絡(Bionic Learning Network)最新成果的機械人—Bionic Wheel Bot,一款以摩洛哥後翻蜘蛛為靈感,可以翻滾動作在複雜地形上移動。

摩洛哥後翻蜘蛛生活撒哈拉沙漠邊緣,可以一般行走方式與翻滾在沙漠快速移動。翻滾移動方式相比普通行走方式,速度是其兩倍;在顛簸的地面上,能輕鬆應付高低不平的地形起伏,保持穩定的行走速度。Bionic Wheel Bot具備六足,像一般蜘蛛般行走。然而,當它需要翻滾時,身體兩側的三隻腳會變形為「車輪」外型。在行走過程中,其中一對支足會利用收合動作為其提供動力,以確保能在粗糙的地面上移動。

跳躍機械人突破生物限制

除了摩洛哥後翻蜘蛛外,科研界正從一種名為「帝王跳蛛」的生理基制上獲取靈感,用於研發新型跳躍機械人。跳蛛從靜止狀態至跳躍起來,距離可長至身體的六倍,對比人類平均只能跳躍身體長度1.5倍的距離,跳蛛的跳躍方式值得深入研究。

英國曼徹斯特大學研究小組以高速攝錄機記錄「帝王跳蛛」的跳躍過程。研究負責人古生物學家Russell Garwood表示:「牠們短距離跳躍傾向使用低角度軌跡,這可減少空中躍起時間,不但更快,而且精確度更高。遠距離跳躍時,它們則會用更陡的起跳角度延長空中躍起時間,減少了能量消耗。」

從失敗中進步

研究人員同時發現到,帝王跳蛛是用急性肌肉收縮來進行跳躍,而不像其他節肢動物般,用彈弓機制使用儲存能量。這種物理跳躍方式將可以複製在飛行機械人或者跳躍機械人,解決生物力學限制。現時實驗比例模型在測試中失敗,隨著收集到更多數據,新型機械人的面世指日可待。

帝王蜘蛛以獨特方式跳躍,科研界正研究如何將原理應用在開發機械人上。
Tony Lai
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