未來(lái)的搜救高手：蟑螂機(jī)器人

李忠東

運(yùn)用仿生學(xué)原理

蟑螂采用“身體摩擦多腿爬行”的行走方式

俄羅斯開(kāi)發(fā)的蟑螂機(jī)器人

美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)為真蟑螂裝配了微型麥克風(fēng)和攝像頭

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員近日開(kāi)發(fā)出一款外形酷似蟑螂的“鉸鏈?zhǔn)娇蓧嚎s機(jī)器人”（簡(jiǎn)稱CRAM）。它的外骨骼帶有可活動(dòng)的關(guān)節(jié)，外殼非常柔軟，可以改變形狀穿行于各種狹小的夾縫，未來(lái)極有可能成為一款非常高效的搜救機(jī)器人。

參與研發(fā)的科學(xué)家考西柯·賈亞拉姆和羅伯特·富爾告訴我們：是蟑螂獨(dú)特的外形結(jié)構(gòu)、行走方式和“打不死”的頑強(qiáng)生命力給了他們靈感，幫助他們?cè)O(shè)計(jì)出這款可以穿過(guò)瓦礫和狹小空間的機(jī)器人。

為了讓這些靈感具體化，他們?cè)O(shè)定了包括“穿越縫隙”“密閉空間爬行”和“動(dòng)態(tài)抗壓實(shí)驗(yàn)”等在內(nèi)的多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，測(cè)試蟑螂穿過(guò)超小的水平空間和垂直空間以及抗壓能力。結(jié)果顯示，它們可以迅速穿過(guò)窄至3毫米的水平空間，在4毫米寬的垂直空間往上爬行也毫不費(fèi)力?？茖W(xué)家還在蟑螂通過(guò)時(shí)往其身上施加壓力以測(cè)試其外骨骼，發(fā)現(xiàn)在受到大于其體重300倍的壓力時(shí)，它仍能迅速穿過(guò)縫隙，在受到大于體重900倍的壓力之后，它毫發(fā)無(wú)損。

這些測(cè)試引發(fā)了研究人員對(duì)一種幾乎未經(jīng)探索的行走方式的興趣，他們將這種行走方式稱為“身體摩擦多腿爬行”。蟑螂在遇到中等程度摩擦力時(shí)行走速度最快，頂部遇到的摩擦太大時(shí)會(huì)慢下來(lái)，地面摩擦太大也一樣。在狹窄的垂直空間里，即使把6條腿全部張開(kāi)到兩邊，蟑螂仍然能夠快速爬行。賈亞拉姆和富爾將這些實(shí)驗(yàn)攝錄下來(lái)，然后慢速播放，以觀察蟑螂在行走時(shí)身體發(fā)生了哪些變化，用來(lái)指導(dǎo)CRAM機(jī)器人的設(shè)計(jì)。

CRAM機(jī)器人只有巴掌那么大，用紙板和聚酯做成，到目前為止仍處于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段。富爾說(shuō)，他們接下來(lái)要確定哪種材料最適合用來(lái)制造。研究人員的最終目標(biāo)是讓CRAM機(jī)器人不僅僅會(huì)爬行，還能轉(zhuǎn)身、跳躍和攀爬。

幫助尋找被困者

CRAM機(jī)器人

CRAM機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)

“VelociRoACH”機(jī)器人部件圖

蟑螂仿生搜救機(jī)器人并非賈亞拉姆和富爾的原創(chuàng)，事實(shí)上讓這種動(dòng)物參與搜救工作的嘗試早就開(kāi)始了。蟑螂的生命力相當(dāng)頑強(qiáng)，甚至在核爆炸中也有可能存活下來(lái)?？茖W(xué)家現(xiàn)在賦予它這項(xiàng)新技能，或許有朝一日可以在各種災(zāi)難中營(yíng)救受困災(zāi)民。例如，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究人員2014年就成功為真蟑螂裝配了微型麥克風(fēng)和攝像頭，以幫助搜救隊(duì)探測(cè)到瓦礫中的具體情況，更迅速地找到被困人員。

2016年，伯克利分校另外一支研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一個(gè)跟CRAM機(jī)器人十分相似的機(jī)器人，取名為“VelociRoACH”。為了提高機(jī)器人的速度，哈爾丹·鄧肯和他的團(tuán)隊(duì)成員對(duì)蟑螂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精細(xì)剖析。

“VelociRoACH”是世界上速度最快的蟑螂機(jī)器人，每秒可達(dá)2.7米，其大小卻僅10厘米，電池壽命為30小時(shí)。它的運(yùn)動(dòng)形式類似于美洲豹，因此并不是真正模仿蟑螂。

2016年，俄羅斯工程師丹尼爾·波爾徹維金和阿列克謝·貝洛索夫博士研制出一種能夠模擬巨蟑螂行為特征的昆蟲機(jī)器人。它體長(zhǎng)10厘米，裝配著光敏傳感器，能掃描室內(nèi)環(huán)境，探測(cè)到障礙物，跟蹤周圍物體，可用于搜尋和偵察任務(wù)，還能尋找掩埋在地震廢墟中的災(zāi)民。

波爾徹維金和貝洛索夫的設(shè)計(jì)受到南非巨蟑螂活動(dòng)性和特征的啟發(fā)，但是俄羅斯境內(nèi)沒(méi)有這種蟑螂。他們開(kāi)始關(guān)注一種近似南非巨蟑螂的物種——頭蟑螂，后者比前者略小一些，但是活動(dòng)性和外形非常接近。由于容易暴露，頭蟑螂常被描述為“笨蛋蟑螂”。俄羅斯人用兩個(gè)月的時(shí)間對(duì)這種昆蟲的精確活動(dòng)和行為進(jìn)行了研究，確信蟑螂機(jī)器人能夠盡可能地模擬真實(shí)昆蟲。

目前，這款機(jī)器人還不能夠裝配相機(jī)，一次只能獨(dú)立活動(dòng)20分鐘。兩位設(shè)計(jì)者計(jì)劃下一步給機(jī)器人裝配一個(gè)小型便攜式相機(jī)，將活動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，與此同時(shí)考慮增強(qiáng)其偽裝性，避免被輕易發(fā)現(xiàn)。

雖然這些“蟑螂”還未正式出爐，但除了民用，軍方也表示了極大的興趣，如果在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上出現(xiàn)它們的身影，你可不要驚訝喲！