网站域名最便宜,步骤英文,模具编程入门先学什么,社交网站模版来源#xff1a;北航新闻网、机器人大讲堂概要#xff1a;通过这三项关键技术#xff0c;我们成功实现了机器人样机能够像真正的䲟鱼一样牢牢吸附在物体表面#xff0c;并且通过内部鳍片的主动抬起运动显著增大摩擦力。重磅惊喜#xff0c;北京时间9月21日#xff0c;国际… 来源北航新闻网、机器人大讲堂概要通过这三项关键技术我们成功实现了机器人样机能够像真正的䲟鱼一样牢牢吸附在物体表面并且通过内部鳍片的主动抬起运动显著增大摩擦力。重磅惊喜北京时间9月21日国际顶级期刊《科学》Science杂志机器人子刊《科学·机器人学》Science Robotics以长篇封面报道刊登北京航空航天大学文力副教授课题组牵头、与哈佛大学Wood教授实验室联合科研团队最新研究成果—仿生䲟鱼软体吸盘机器人。北京航空航天大学为该论文的第一单位、通讯单位。这也是我国在《科学·机器人学》上发表的首篇论文。杂志官方通过图文、多媒体两种形式详细撰文介绍了该项研究。一项学术成果的取得离不开团队的共同努力文力表示自己的研究生、北航机械学院2015级硕士王越平博士后杨兴帮、哈佛大学Yufeng Chen博士是这篇论文的共同第一作者。北航材料学院管娟副教授化学学院刘欢教授为研究提供了材料动态性能测量、表面微观结构等方面的数据哈佛大学Lauder实验室的Dylan Wainwright与Chris Kanaley提供了䲟鱼吸盘的断层扫描数据哈佛大学Robert Wood实验室则制作了微激光加工碳纤维小刺北航机械学院王田苗教授参与项目论证并提供宝贵建议。䲟鱼是一个神奇的物种它被称为“天生的旅行家”是世界上最懒的鱼。虽然它天生的游泳技术并不是很好但吸盘鱼可以利用自身头部的扁平吸盘吸附于游泳能力强的大型鲨鱼或海兽身上有时也吸附于船底被带到世界各地的海洋。而且它自身吸盘的吸力极强即使面对海底湍急的水流也能轻松自如的搭便车。䲟鱼头部吸盘的结构十分精妙复杂被生物学家称作“脊椎动物解剖学上最奇妙的结构之一”。文力老师团队历经四年经历无数个不眠夜才攻克这项科研难关。课题组做的仿生吸盘吸力极强最大吸力能达到自身吸盘重量的340倍。关于这个登录顶级期刊的机器人我们还是先看视频一睹为快吧 classvideo_iframe data-vidtype2 allowfullscreen frameborder0 data-ratio1.7647058823529411 data-w480 scrollingno data-srchttp://v.qq.com/iframe/player.html?vidv13253hvubkwidth670height376.875auto0 styledisplay: block; width: 670px !important; height: 376.875px !important; width670 height376.875 data-vh376.875 data-vw670 srchttp://v.qq.com/iframe/player.html?vidv13253hvubkwidth670height376.875auto0/好奇心始自一张图片人们常常感叹于造物主的神奇。在浩瀚的海洋里有一种身体细长的䲟鱼在漫长的进化中它的第一背鳍变成吸盘从而可以吸附在船底和鲨鱼、鳐鱼、鲸鱼等其他大鱼身上远游和索食被形象地称为“搭顺风车”。在很多海洋大型鱼类的图片中紧紧吸附的䲟鱼身影十分常见。海洋中的䲟鱼图片来自网络看到这样一张图片时文力正在从事3D打印鲨鱼皮的研究。他的目光立刻被鲨鱼身上这种体态奇特的小鱼吸引住了。“这种‘搭便车’行为最大的优点就是能有效减少运动消耗的能量。”文力回忆一直从事仿生软体机器人研究的他当即对此产生了兴趣并隐约感到其中存在巨大的应用空间。他当即在谷歌上搜索了关于䲟鱼的吸附机理和仿生应用研究发现“基本是一片空白”这一年是2013年。早在古希腊时期先哲亚里士多德就在著作中记载了壁虎的爬行现象。现在科学家们已经发现壁虎脚对垂直表面的超强粘附力来自于分子间的范德华力并产生了诸多仿生学应用研究相对透彻。但是范德华力在水下的作用有限水生生物如何实现超强吸附“水下壁虎”䲟鱼的吸盘是如何发挥作用、又能怎样应用于人类生产生活文力下定决心一探究竟。于是文力的团队从中国福建以及南海区域购买了多批䲟鱼小心地空运回北京。在实验室他们人工创设出海水环境架设起一系列观察研究设备。对运输过程中死亡的鱼也做了全方位的解剖和分析弄清了䲟鱼的身体结构。于是团队决定投入制作仿生机器人真正的挑战开始了。逐步攻克“三大难关”谈起仿生机器人的研制过程当时无数个不眠夜今天谈来已是云淡风轻。文力说团队先后遭遇了“三大难关”这也是如今样机成品上的三个核心技术。䲟鱼头部吸盘的结构十分精妙复杂被生物学家称作“脊椎动物解剖学上最奇妙的结构之一”。课题组遭遇的第一个难关就出现在吸盘的制作上。此前利用环扫电镜、Micro CT、高速相机同步运动追踪等生物测量手段课题组获得了䲟鱼吸盘的宏观与微尺度结构、运动模式。他们发现䲟鱼头部吸盘主要由三部分组成吸盘外周的唇圈由柔性的肌原纤维组成主要产生负压吸盘内部的硬质鳍片结构外表包裹厚度约500微米的软组织可由肌肉驱动产生法向微动鳍片上的锥状小刺结构底部直径约200微米顶端为1-5微米。有了这些数据如何制作吸盘模型文力第一时间想到了利用3D打印技术但吸盘结构精妙硬软兼备常规的单一材料3D打印无法实现。“如果只是简单地把硬质软质结构拼接起来应力强度一大就会迅速疲劳并破碎。”文力说课题组借鉴参考了多种脊椎动物的机体连结结构前后耗时约一年终于突破技术难关利用复合多材料3D打印实现一体化样机成形。吸盘样机材料的刚度逐级梯度地跨越了3个数量级相当于从人体的皮肤到骨骼硬度变化这项技术还申请了国家发明专利。尽管如此课题组还参照䲟鱼的真实比例适度加宽了软体唇圈部分使样机能产生更强的吸附力。仿生吸盘第二个难关出在复制鳍片上精微的锥状小刺结构。通过形态学测量课题组发现在每个䲟鱼的吸盘上约有2000个这样的小刺。这种结构究竟有什么作用通过不间断的观察探究他们终于发现了其中的奥妙。原来䲟鱼吸盘上的这种小刺能够自由调控吸附力的大小。一般情况下当吸盘吸附在物体表面时会产生较大的法向力但是切向力并不大。小刺处于放松状态时吸附力小脱落也相对容易。而当小刺与吸附表面接触时就会同时产生较大的切向摩擦力从而牢牢吸在物体表面。对于这种调控机制文力表示“肌肉的运动需要消耗能量当驱动小刺的肌肉放松时能量消耗会显著减少这是生物体具备的一种智能调控特性。”那么问题来了哪种材料既轻、强度又高还能牢固嵌入鳍片中经过反复研究比较文力选择了碳纤维材料。但是要加工出如此微小的纤维结构并不容易课题组和哈佛大学Robert Wood实验室一起攻关借助该实验室的高精度激光加工技术在几个月里不断修改设计方案终于加工出了尺度、形状都和真实䲟鱼结构高度近似的硬质小刺并嵌入到复合材料的样机鳍片中。仿生机器人吸盘上的小刺结构文力供图样机做好了万事俱备只欠东风最后一个难题就是怎么让机器人动起来传统的电机重量/输出力比例远远低于生物且不适合驱动这样微小的鳍片结构运动。为此课题组制作了轻量化、防水的纤维增强软体直线驱动器实现了䲟鱼吸盘内部鳍片的微动幅度约为150微米。装有驱动器的仿生吸盘“通过这三项关键技术我们成功实现了机器人样机能够像真正的䲟鱼一样牢牢吸附在物体表面并且通过内部鳍片的主动抬起运动显著增大摩擦力。”文力无不感慨地说“在此之前整整四年䲟鱼项目上我们未发表一篇学术论文”。仿生应用前景可观䲟鱼吸盘之所以有很好的仿生学应用前景主要体现在两方面其一是通过吸附节省在水下的动力其二是自动调节吸附力的大小。文力介绍因其超强的吸附力早年间渔民在䲟鱼尾部牵一根线用来钓海龟。现在课题组做出的仿生䲟鱼软体吸盘机器人样机能在光滑表面产生相当于自重约340倍、粗糙表面上自重约100倍的吸附力。同时课题组首次揭示了吸盘内部鳍片的主动抬起运动可显著增大吸盘与吸附表面的摩擦力鳍片上硬质小刺和软组织的协同作用使吸盘能够适应不同粗糙度的表面等机理。“通过将仿生样机集成到水下机器人上实现类似䲟鱼的游动-吸附-脱离。这项研究工作不但从生物力学角度揭示䲟鱼的吸附机制同时为未来的低功耗水下仿生软体机器人、水下吸附装置提供了新的思路。”文力说基于生物体机制这种机器人虽然吸附力可观却不会对吸附表面造成破坏。该项应用在军民领域都有良好的应用前景如国防科技水下救援、海洋生态检测等方面可发挥重要作用。文力和仿生䲟鱼软体吸盘机器人事实上这已不是文力领衔的课题组第一次做出优秀的仿生机器人。今年3月北航ITR软体机器人实验室与国际著名机器人与自动化公司FESTO合作研制的“软体章鱼触手机器人”发布并在汉诺威工业展上获得了德国总理默克尔的青睐。项目负责人也是文力。这种机器人能为不同形状、大小的物体完成安全无损和有力的抓取突破了刚性机器人的部分先天缺陷。值得一提的是软体章鱼触手的部分关键技术同样对䲟鱼仿生软体机器人的加工起到重要作用。 “得益于北航提供的优质科研环境和平台我们能够不断取得突破这次成果登上《科学》系列杂志封面也是对我们目前工作的一个阶段性的认可。”文力说自己的课题组会再接再厉未来依然任重道远同时也相信北航会产生更多重量级的科研成果。
