未来的搜救高手：蟑螂机器人

编译｜李忠东



未来的搜救高手：蟑螂机器人

编译｜李忠东

运用仿生学原理

据英国《每日邮报》2月8日报道，美国加州大学伯克利分校的研究人员近日开发出了一款外型酷似蟑螂的“铰链式可压缩机器人”（compressible robot with articulated mechanisms，简称CRAM）。CRAM机器人的外骨骼带有可活动的关节，外壳非常柔软，可以改变形状穿行于各种狭小的夹缝，未来极有可能成为一款非常高效的搜救机器人。CRAM机器人的研发得到了美国陆军的资金支持，它设计上用到了许多仿生学原理，非常适合在断壁残垣中执行搜救任务。

CRAM机器人

CRAM机器人部件图

参与研发的科学家考西柯·贾亚拉姆和罗伯特·富尔称，是蟑螂独特的外形结构、行走方式和“打不死”的顽强生命力给了他们灵感，帮助设计出这款可以穿过瓦砾和狭小空间的机器人。为了让这些灵感具体化，他们设定了包括“穿越缝隙”，“密闭空间爬行”和“动态抗压实验”等在内的多种实验环境，测试蟑螂怎样穿过超小的水平空间和垂直空间，抗压能力如何。结果显示它们可以迅速穿过窄至3毫米的水平空间，在狭窄到只有4毫米宽的垂直空间往上爬行。科学家还在蟑螂通过时往其身上施加压力以测试其外骨骼，发现在受到高于其体重300倍的压力时仍能迅速穿过缝隙，在受到高于体重900倍的压力之后仍毫发无损。

这些测试引发了研究人员对一种几乎未经探索的行走方式的兴趣，将这种行走方式称为“身体摩擦多腿爬行”。蟑螂在遇到中等程度摩擦力时行走速度最快，顶部遇到的摩擦太大时会慢下来，地面摩擦太大也一样。在狭窄的垂直空间里，即使把六条腿全部张开到两边，蟑螂仍然能够快速爬行。贾亚拉姆和富尔将这些实验摄录了下来，然后慢速播放，以观察蟑螂在行走时身体发生了哪些变化，用来指导CRAM机器人的设计。它只有巴掌那么大，用纸板和聚酯做成。

CRAM机器人仍然处于原型阶段，到目前为止只是在实验室对它进行了测试。富尔称，他们接下来要确定哪种材料最适合用来制造。研究人员的最终目标是让CRAM机器人不仅仅会爬行，还要让它能够转身、跳跃和攀爬。

帮助寻找被困者

蟑螂仿生搜救机器人并非贾亚拉姆和富尔的原创，事实上让这种动物参与搜救工作的尝试早就开始了。蟑螂的生命力相当顽强，甚至在核爆炸中也有可能存活下来。科学家现在赋予它这项新技能，或许有朝一日可以在各种灾难中营救受困灾民。例如，美国北卡罗来纳大学的研究人员2014年就成功为真蟑螂装配了微型麦克风和摄像头，以帮助搜救队探测到瓦砾中的具体情况，更迅速地找到被困人员。

①“VELOCIRoACH”机器人

②美国北卡罗来纳大学为真蟑螂装配了微型麦克风和摄像头

③“VELOCIRoACH”机器人部件图

④俄罗斯开发的蟑螂机器人

去年，美国伯克利大学实验室的另外一支研究团队设计出一个跟CRAM机器人十分相似的机器人，取名为“VELOCIRoACH”。为了尽可能提高机器人的速度，科学家哈尔丹·邓肯和他的团队成员对蟑螂的结构进行了精细地剖析。它的名字并没有它实际功能那么有魅力，因为人们谈起蟑螂时往往感到恶心。

“VELOCIRoACH”是世界上速度最快的蟑螂机器人，每秒的速度可达到2.7米，但是大小却不到10厘米，电池寿命为30小时。它的运动形式类似于美洲豹，因此并不是真正的蟑螂。但是与CRAM机器人相比，还是显得稍逊一筹。

去年，俄罗斯工程师丹尼尔·波尔彻维和阿列克谢·贝洛索夫博士研制出一种能够模拟巨蟑螂行为特征的昆虫机器人。它体长10厘米，装配着光敏传感器，能扫描室内环境，探测到障碍物，跟踪周围物体。可用于搜寻和侦察任务，还能寻找掩埋在地震废墟中的灾民。

波尔彻维金和贝洛索夫的设计受到南非巨蟑螂活动性和特征的启发，但是俄罗斯境内没有这种蟑螂。他们开始关注一种近似南非巨蟑螂的物种头蟑螂，后者比前者的体型略小一些，但是活动性和外型非常接近。由于容易暴露，因此头蟑螂常被描述为“笨蛋蟑螂”。俄罗斯工程师用两个月的时间对这种昆虫的精确活动和行为进行了研究之后，确信蟑螂机器人能够尽可能地模拟真实昆虫。

目前，这款机器人还不能够装配相机，但是可以携带重量10克的物体，一次只能独立活动20分钟。设计者计划下一步装配一个小型便携式相机，将活动时间延长，与此同时考虑增强伪装性，不易被发现。俄罗斯军方已表达对这项技术非常感兴趣，研究人员正在准备将机器人模型送至军方部门进行测试，未来或将执行军事侦察任务。

责任编辑：周洋 1026414103@qq.com