大自然给机器人研发带来诸多灵感,仿生机器人层出不穷。但是你见过用真实动物身体作为部件的机器人吗?如下图,一只死去的蜘蛛正被用作机械抓手,用来抓起比自己重的物体:这是美国莱斯大学的一项研究,论文发表在AdvancedScience上:论文地址:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202201174我们知道蜘蛛具有非常强的承重能力,它们可以携带比自身重量还大的物体。但是人们想要制造出具有类似功能的机器人是极其困难的。莱斯大学的研究直接利用了蜘蛛本身。活蜘蛛通过调节血压来控制四肢。较高的压力会导致四肢伸展。当体内血压下降时,四肢由于血压缺乏以平衡屈肌的力量而蜷缩、蜷缩。研究人员认为他们可以利用这一原理为死蜘蛛的四肢提供动力。他们将注射器式的针头插入蜘蛛的尸体,注入一些空气,蜘蛛的所有腿都会伸展伸直,从而控制死蜘蛛四肢的伸缩:让我们看看这个“蜘蛛抓手””可以做什么,抓住另一只蜘蛛:操纵电路板:在这项工作中,研究人员使用无生命生物体(死蜘蛛、狼蛛)的完整身体作为生物执行器(图1),研究人员称这是第一步走向necrobotics研究领域。该研究的策略不同于仿生学方法,在仿生学方法中,研究人员从蜘蛛的物理形态中寻求设计理念,然后在复杂的工程系统中实施它们。该研究还不同于生物混合系统,因为它不需要基于活的或活性生物材料,因此不需要精心维护。该研究使用蜘蛛尸体制造了一种气动夹持器,只需一个简单的组装步骤即可发挥全部功能,从而避免了制造流体驱动装置所涉及的繁琐步骤。例如,PneuNet夹持器通常需要3D打印模具、需要铸造和组装的多个不同组件,以及需要数小时或数天才能固化的弹性体,这可能很麻烦。该研究利用蜘蛛尸体实现的气动夹持器可举起自身重量1.3倍的物体,产生0.35mN的峰值夹持力,可承受约700次驱动循环。研究人员大致按照以下方式制作了蜘蛛的抓手:将一根针插入蜘蛛尸体的前部区域,并粘在蜘蛛的身体上形成密封(图1b)。从插入针头到设置胶水以创建一个完全可操作的夹具,大约十分钟即可完成。蜘蛛通过主动收缩身体前部的肌肉来增加其内部液压来伸展每条腿。对于蜘蛛抓手,外部气压源取代了蜘蛛的内在调节,随着蜘蛛内部压力增加到大气压以上而驱动四肢(图1c)。加压和减压分别导致蜘蛛的所有腿同时打开和闭合,有效地充当抓手。下图是蜘蛛抓手的受力和位移表示:论文作者之一FayeYap表示,这项研究的灵感来自于生活中的观察:“有一天,我们在实验室里移动东西,“我们注意到走廊的边缘蜷缩着。我们很好奇为什么蜘蛛死后会蜷缩起来。”FayeYap和他们的搜索百科知识找到了答案:蜘蛛没有对抗性肌肉对(比如人类的二头肌和三头肌),它们只有屈肌,让它们的腿可以液压地弯曲和向外伸展。它们死后就失去了这种能力主动给它们的身体加压,所以它们会蜷缩起来。Yap和其他研究人员发现这很有趣,所以他们试图找到一种方法来利用这种机制。值得注意的是,较小的蜘蛛可能比较大的蜘蛛更能承受负荷。例如,一只体重为10毫克的小跳蛛可以施加超过其体重200%的抓地力,而体重为200克的巨型蜘蛛可能只有其体重的10%的抓地力。研究人员说:“目前还没有关于蜘蛛的道德采购和人道安乐死的明确指导方针。”研究中使用的狼蛛尸体被解放军安乐死将它们在冷冻温度(约-4°C)下放置5-7天。
