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高校研制壁虎机器人 可反恐侦查地震搜救(图)

来源:中国新闻网
2011年03月25日07:57
这只壁虎机器人可以自由爬行。杨波 摄

  这只“壁虎”将来在反恐侦查、地震搜救中,可以派上大用场

  研究人员饲养了20多只壁虎,用8年时间观摩它们的习性,终于研究成功

  人不可能完成的任务让“壁虎”来帮你?是的,南京航空航天大学就研发出了能代替人来执行探测,拍摄等任务的仿生壁虎机器人,除了外形长的像壁虎,这个仿壁虎机器人还能代替人类来执行反恐侦查、地震搜救等“高难度”的任务,并且受邀参加了国家“十一五”重大科技成就展。记者了解到,为了成功研制仿壁虎机器人,南航的研究团队专门饲养了20多只壁虎来进行观察,而且这一观察就是整整8年!

  它的今生 像真壁虎一样在墙上爬来爬去

  为了印证这个传说中的“高科技”到底有多神奇,记者昨天在南航的仿生物实验室亲自“眼见为实”,灵活的它可以像真壁虎那样在墙上爬来爬去。

  在南航研究人员的带领下,记者在仿生物实验室里见到了这个长得真的很像壁虎的机器人。机器“大壁虎”通体由白色铝合金组成,长150毫米(不连尾巴),宽50毫米左右,而且在不包含电池的状况下的重量只有250克!不光和真壁虎一样有“四肢”,还有一条同样为铝合金材质的长尾巴。实验室研究人员告诉记者,“大壁虎”采用的是可充电的锂电池来提供电源,通过芯片来进行控制。目前可以实现在垂直90度的平面上实现爬行。

  研究人员将机器人放在了实验室大门的下端,这只“壁虎”立刻朝着门的上端爬了过去。在实验室的大门上端有一块门牌,仿壁虎机器人爬到门牌的底部时竟然自动将爬行方向扭转了大约45度左右,绕过了门牌继续向上爬!“你现在看到的壁虎的芯片设定的是"固定程序",将来还能实现像小孩玩遥控车一样进行遥控器的"远程遥控"。”南航机电学院戴振东教授说。

  记者获悉,南航此次参加“十一五”重大科技成就展的“大壁虎”机器人实际上已经是“大壁虎六代”了,而南航第一代的“大壁虎”仿生机器人在2004年就已经问世。通过7年的更新完善,在改善了运动协调、远程控制以及电动机更新等问题的基础上,终于成功实现了大壁虎90度的自由爬行。而这个科研项目也在2006年得到了国家自然基金的重点项目支持。

  它的前世 研究人员饲养了20多只壁虎观摩习性

  记者了解到,为了成功研制仿壁虎机器人,戴振东和研究团队专门饲养了20多只壁虎来进行观察。而这一观察就是整整8年!“当时我们在扬子晚报上刊登了一个需要广西壁虎的启事,没过多久就有人给我们送来了我们需要的大壁虎。”原来戴振东和他的团队用来观摩的壁虎也大有讲究,这个学名叫“蛤蚧”的广西壁虎体重150克,是能在天花板上爬行的最大动物。

  通过8年的观察研究,戴振东和他的团队积累了大量的和壁虎有关的信息,并且在相关杂志上发表了几十篇研究壁虎的学术文章。“我们通过观察发现,壁虎爬的快慢是由步频决定的,”戴振东向记者讲述他的壁虎研究“心得”,他们还总结出了壁虎爬行的“步态”,“壁虎"走路"也分很多种,三角步态、对角步态等等,”戴振东说,从壁虎的步态中他们也发现了运动步态参数变化的规律性。

  而另外一个重要的研究结论更是让他感到无比欣喜,通过长时间的观察研发小组发现,壁虎在爬行时不同的脚相对于踝关节的速度矢量是相同的。也就是说壁虎在迈出每一步时都是一个“相对匀速”的状态。这个让外人看来有些晕乎的结论却成为了戴振东研发“仿生壁虎机器人”最为重要的发现,“这就是壁虎运动协调的秘密啊!”戴振东将研究成果运用到了“仿生壁虎机器人”的研制中,成功地解决了这个机械“大壁虎”运动协调的最核心问题。

  “在选择壁虎之前其实我们已经试验过七八种动物了,”戴振东向记者解释机器人的仿生对象为什么会是壁虎的原因,“蝗虫、二十八星瓢虫等昆虫我们都试验过,最终才发现壁虎和我们理想的仿生机器人在功能上最具有相似性。”于是,这个“功能相似性”就成为了戴振东的仿生实验室选择壁虎作为仿生对象的最好理由,甚至连仿生实验室的纪念品都是一只壁虎形状的挂件。

  戴振东揭秘了壁虎能够吸附在墙上并且实现无障碍爬行的原因。原来壁虎能牢牢吸附在墙壁上的本质是依据“范德华力”(分子间作用力,其实质是一种电性的吸引力)来实现的。它的脚上有50万根细毛,粗细从几μ到几十纳米不等,只相当于头发直径的千分之一。为了能让仿壁虎机器人也逐渐向这样的“无障碍”爬行目标“看齐”,戴振东和他的团队曾经尝试了不下十种方法来做“毛”,最终成功仿照刚毛吸附原理,通过特殊材质成功让仿壁虎机器人牢牢“吸”在了垂直90度的墙面上。

  戴振东向记者介绍,仿壁虎机器人通过模拟壁虎微细结构,模拟大壁虎脚掌基于分子间的“范德华力”,采用仿生结构设计、仿生步态规划、脚掌粘附性能测试等方法,成功实现了仿壁虎机器人90度爬壁运动。

  它的未来 反恐侦查、地震搜救都用得着“大壁虎”

  “大壁虎”的阶段性成功并没有让戴振东和他的团队放慢对于仿生机器人的研究步伐,而这个已经比较成熟的机器人却依然“待字闺中”,没有对外进行推广。戴振东坚持尽善尽美,“仿生壁虎机器人必须要等到技术真正成熟了才能进行推广。”

  戴振东介绍,仿生壁虎机器人将来的推广范围非常广泛。“比方说像反恐侦查,人质被扣押在一个密闭的空间里,外人无法进去的时候,我们的仿壁虎机器人就能派上大用场。”“大壁虎”可以背着摄像机“潜”入密闭空间,拍摄下人质所在位置的画面,从而给狙击手提供第一手的及时信息,帮助狙击手准确找准位置。

  除此以外,仿生壁虎机器人在地震搜救的过程中也能发挥巨大的作用。“像一些地震救援队无法找到的领域,仿壁虎机器人凭借着小巧的优势就能轻易找到,并且及时通报给救援队废墟下有没有被压埋的人。”戴振东教授对于壁虎机器人的未来充满期待。

  “我们将来最大的希望自然是仿壁虎机器人能实现倒挂180度的爬行,并且成为真正的"全方位无障碍",当然,实现这个目标我们还有很长的路要走。”戴振东说。(实习生 杨甜子 张丽 记者 张琳)

  作者:张琳 (来源:扬子晚报)
(责任编辑:卜范龙)
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