昆蟲仿生學!獨角仙啟發新一代無電力驅動摺疊翼機器人

昆蟲仿生學!獨角仙啟發新一代無電力驅動摺疊翼機器人

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獨角仙竟然成為小型飛行機器人的工程靈感來源,這些機器人可以在休息或碰撞後折疊翅膀。

這些昆蟲在展開和收回後翅的過程中不需要肌肉活動,這對研究人員來說是一個謎。雖然牠們堅硬的前翅(稱為鞘翅)由自己的肌肉主動驅動,但對於蟲子如何展開和收回脆弱的薄膜後翅卻知之甚少。研究人員提出肌肉驅動的運動假設,但幾乎沒有實驗證據支持這一觀點。

甲蟲是飛行昆蟲中翅膀機構最複雜的之一。例如,獨角仙透過同時釋放鞘翅以及部分釋放後翅基部來張開翅膀。當它開始拍動時,它的後翅基部像摺紙一樣升起和展開。

瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 博士後研究員 Hoang-Vu Phan 透過分析獨角仙的高速影片,並建造了類似的飛行機器人,試圖闡明獨角仙如何為這一過程提供動力。

在今天發表在《自然》雜誌上的一篇論文中,作者表示,他們已經證明獨角仙可以在沒有肌肉活動的情況下毫不費力地展開後翅。「我們表明,打開鞘翅會觸發後翅從身體部分釋放的彈簧式動作,進而為隨後的拍打運動提供所需的間隙,使後翅進入飛行位置。」他們說。

該研究還表明,飛行結束後,甲蟲可以利用前翅將後翅推回靜止位置,這為它們的被動運動提供了更多證據。

「我們使用一個拍動式微型機器人驗證了這一假說,該機器人可以被動展開翅膀進行穩定、受控的飛行,並在著陸時整齊地收回翅膀,展示了一種簡單而有效的昆蟲式飛行微機器設計方法,」該研究稱。

透過在拍翼機器人中使用相同的被動展開-收縮原理,研究小組表明,他們可以在起飛時展開其機翼,執行穩定的懸停,並在著陸時或發生飛行中碰撞時迅速將機翼縮回機身,而無需額外的驅動器。

昆蟲仿生學!獨角仙啟發新一代無電力驅動摺疊翼機器人

「我們的研究結果不僅有助於理解昆蟲的運動策略,而且對拍翼機器人也有影響,特別是那些起飛重量有限的小型機器人,使它們能夠像生物對應物一樣展開和收回翅膀,」這篇論文說。

研究人員並不是唯一一個從昆蟲世界中汲取靈感來進行機器人設計的團隊。其他著名的例子包括太陽能遙控電子蟑螂、堅不可摧的機械蟑螂和巨型機械蚱蜢。

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作者

一個老派的科技媒體工作者,對於最新科技動態、最新科技訊息的觀察報告。

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