为了解蟑螂这种钻缝能力的机制,美国加州大学伯克利分校综合生物学系教授罗伯特·富尔和博士生考希克·贾亚拉姆构筑了障碍通道,对美洲大蠊进行测试,他们还不断改变参数,探索蟑螂这种能力的极限。
他们发现,蟑螂被压扁到身高的四分之一,压迫解除后仍能存活;而即使在小于身体高度三分之一的空间,它们仍能以每秒20个身长的速度通过。
这些能力的关键,在于蟑螂的身体结构,它们的甲壳尽管相当坚硬,保持一定的刚性,但采用绞接式的连接,受压时以外骨骼变形来应对。以美洲大蠊为例,平常身高为12毫米,匍匐前进时降低到9毫米,压缩外骨骼就能矮至6毫米,而被缝隙挤压到4毫米时,还是能自如地前进。
身体被压扁时,蟑螂的腿会转向两侧伸出,但仍有爬行的功能。研究人员还发现它们在障碍通道中借用了身体与天花板、地面之间的摩擦力。所以说,蟑螂是用科学家称为“身体摩擦腿爬行”的独特方法在狭窄空间中快速行进的。
有了这位“老师”,科学家着手研制美国蟑螂的人造版。他们用激光切割、覆膜等工艺,以折叠式板块构建外骨骼,制造了“采用铰接机制的可压缩机器人”(CRAM)。这个机器人体型比老师大,有手掌大小,外骨骼坚固而带柔性,算上板载电子器件和电池,体重为46克。两侧是6条长相奇特的腿,身体被压扁时会向外翻转而着地。
CRAM是完全自治的机器人,在实验中它改变身体形状,自主驱动,快速通过狭窄通道。当然,用的就是蟑螂老师的绝招:身体压扁、六腿外伸爬行、巧借摩擦力。
研制者表示,“这种仿生软体机器人原型,只是搜寻和救援机器人的第一步,希望以后的模型能钻入密闭空间的缝隙,迅速找到幸存者。”
伯克利的机器蟑螂并不是第一个瞄准救援任务的。2年前,北卡罗来纳州立大学助理教授阿尔珀研制过配备微型拾音器的电子昆虫,来检测倒塌建筑物中的微弱声音。高分辨率拾音器能在杂乱噪音(如水管滴漏)中区分出人呼救等关键声音;一些版本还能将废墟中接收到的声音无线传送给救援人员。阿尔珀表示,“在倒塌的建筑物中,捕捉声音是找到幸存者的最佳方式。”
凌启渝