本文经AI新媒体量子位授权转载（公众号ID：QbitAI），转载请联系转载来源。你能想象这个看似可爱的“异物”其实是一个会挖洞的软体机器人吗？怎么让我想起了大白？不仅在外观上，而且在结构上。这个挖洞机器人和大白一样也是充气的。而且他在能力上和大白一样强大，不用任何挖掘工具也能灵活的躲在地下。例如，它可以在几秒钟内钻入沙子中。深入“地下”也是那么容易，而且速度很快。而且还能像土行孙一样潜入地下，自由穿梭。这是最近登上《科学》子刊《Science Robotics》封面的软体机器人，由加州大学圣塔芭芭拉分校和佐治亚理工学院的研究人员开发。它可以在干沙中以每秒4.8米的速度钻孔，还可以在沙中进行360度的灵活转弯。这也为研究机器人如何在地下工作开辟了一条新思路。目前，该团队已与NASA达成合作，为月球和土卫二提供采矿技术。那么，这个看似“无能为力”的软体机器人是如何在地下工作的呢？要知道地下环境中的阻力要比空气和海洋中的阻力大的多。这是机器人在地下空间做不了多少事情的主要原因之一。△不同介质的抵抗力差异为此，科学家们开始从地下生物中寻找灵感。首先想到的是植物的根茎。它们可以蜿蜒深入地下，主要依靠根茎的尖端。所以这个软体机器人也有一个类似的机械尖端，可以用来开路；主要部分使用更光滑的软管，它使用气体驱动机器人前进。这可以提高机器人动作的速度和灵活性。不过，研究人员很快发现，当机器人在沙地里走得越来越远时，它的身体会越来越长，产生的阻力也会相应增加，最终会因为无法克服阻力而无法动弹。这时，他们又想到了章鱼。章鱼是一种软体动物。当它要潜入沙中时，会先喷出一股水流将沙子打碎，然后用触须将自己拉入沙中。因此，研究人员在机器人的尖端增加了一个喷气口。先让它松沙，减少机器人通过时的阻力。当解决了机器人前行的阻力问题后，研究人员发现其前行效果仍然不够好。因为机器人总是在沙子里行走，所以它把头伸出来。这其实是因为沙堆中的受力情况非常复杂。除了水平方向的阻力，还有垂直方向产生的升力。因此，机器人很难始终保持平衡状态。那么如何让它在地下自由穿行呢？这一次，研究人员想到了沙漠爬行动物。例如，沙鱼蜥可以利用楔形头部来调节土壤中的升力。为此，研究人员添加了垂直气流来抵消机器人在潜水过程中产生的升力。从效果上看，机器人虽然这样走的很狂野，但是在地下可以一直潜行。阻力大大降低为了准确了解软体机器人的运行情况，研究人员在三种情况下测试了软体机器人的性能：仅尖端装置安装了1个气流装置，仅在机械臂上安装了2个气流装置。tip在开阔道路的情况下，软体机器人在水平方向移动的阻力不会随着路线的增加而增加。在不使用开路的情况下，电阻与课程的长度成正比。软体机器人配备气流装置后：在垂直方向上，当不使用气流驱动时，产生的阻力与到达的深度成正比。随着气流速度的不断增加，产生的阻力会明显减小，但到达一定深度后阻力仍会明显增加。研究人员测试了软体机器人在不同深度的沙质土壤中水平移动的阻力和升力。同时，他们还改变了气流装置的角度，其中0度表示平行于水平方向，90度表示垂直于水平方向。数据显示，在43mm和80mm深度处，软体机器人前进时的阻力随着气流速度的增加而减小（下图B、C）。但是，阻力的大小和气流的角度并不是简单的正负比。就升力而言，增加气体速度会降低升力。在40mm深度（图D），气流角度在0-30度之间，升力会随着角度的增加而增加，在30度时达到最大值；在30-60度之间，升力会随着升力角的增加而明显减小；在60度到90度之间，升力基本保持不变。在80毫米的深度（图E），显示出类似的趋势，较低的角度在减少升力方面效果较差，而较高的角度则获得相对较好的结果。在动力气流装置的基础上，加装垂直气流装置后：软体机器人的隐身效果与垂直方向的气流速度成正比。低速时，软体机器人潜行9.2s后从沙地中钻出；高速下，跑了24.6s，还是被沙子埋的很好。未来，像这样的小型软体挖掘机器人将可以应用于土壤采样、地下勘探等多种场景。而且，这种机器人还可以将自己固定在介质中，这对于太空低重力环境下的探索非常有意义。目前，研究团队已与NASA开展合作项目，为月球和土卫二的开发提供采矿技术。通讯作者ElliotHawkes说：“我们相信这种挖洞的方法有可能为机器人在太空中的应用开辟新的途径。ElliotHawkes是加州大学圣巴巴拉分校的机械工程助理教授，他的研究重点是电力系统和机器人控制。
