仿生界又出黑科技，以柔克刚，触手机器人！

【蜂耘网  机器人】近日，美国哈佛大学工程与应用科学学院研究人员从大自然中汲取灵感，设计了一种新型柔软的机器人抓手。它使用一组细长的触手来缠绕和诱捕物体，类似于水母捕获猎物的方式。

 

如果你曾经在街机玩过抓玩具游戏，你就会知道使用机器人抓手抓住物体是多么困难。想象一下，如果尝试从沉船中抓取一块脆弱的濒临灭绝的珊瑚或无价的文物，而不是毛绒填充玩具，那么该“游戏”将是多么令人伤脑筋。

 

柔软的抓手抓住多肉植物。图片来源：哈佛大学微型机器人实验室

 

研究人员通过实验来测试抓手的功效，包括抓起多种植物和玩具。在实际应用中，抓手可抓取农业生产和配送中新鲜软水果和蔬菜、医疗环境中的脆弱人体组织，甚至可抓取玻璃器皿等不规则形状物体。

 

研究人员表示，这种新的机器人抓取方法补充了现有解决方案，通过用极其顺服且形态复杂的细丝取代需要复杂控制策略的简单传统夹具，这些细丝可通过非常简单的控制进行操作，这种方法扩大了机器人抓手可拾取的范围。

 

生物学和工程技术学科结合渗透形成了一门新生的科学——仿生学。

 

提起仿生学大家一定不会陌生，它是一门既古老又年轻的学科，我们很多应用的科技都是从动物、昆虫、植物身上直接学到了作用原理或者得到了启迪后发明出新的设备、工具。创造出适用于生产，学习和生活的先进技术，这离不开科学家们的付出和努力，但我们也要对这些动物们道上一声谢谢。

 

熟知的仿生学动物中，鸟类和蝙蝠是我们已经很熟知的了，比如飞机的研发就是从鸟类的飞翔得到了启迪，蝙蝠的超声波回声定位系统，助力我们发明了雷达。实际上，仿生学中还学习了许多许多的动物，比如我们借助长颈鹿和苍蝇，又发明了哪些科技产品？本文将一一为大家解锁答案。

 

带你走近奇妙的仿生科学

 

 

01 蝙蝠与雷达

 

在夜间，或者人为的将蝙蝠双眼遮挡住，蝙蝠依然可以自由飞翔，躲避障碍物。

 

科学家根据蝙蝠回声定位探路的办法，发明出来了雷达。雷达的作用很广，我们常坐的飞机，就离不开雷达的帮助，雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇到障碍物就反射回来，显示在电子仪表上。驾驶员从雷达的电子仪表上，能够看清楚前方是否有障碍物，以及确定航向，今天才有了“盲飞”这个名词。

 

 

02 萤火虫与人工冷光

 

科学家发明的电灯照亮了我们的夜晚。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线不利于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类一筹莫展之际又将目光投向了大自然。在自然界中，萤火虫发出的光就不产生热，所以又被称为“冷光”。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。科学家通过研究萤火虫腹部的发光器，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。现在，科学家已利用发明出接近生物光的冷光作为安全照明之用，称之为“人工冷光”。

 

 

03 电鱼与伏特电池

 

除了我们熟知的电鳗，自然界中还有不少鱼类都可以放电，人们将这些能放电的鱼统称为“电鱼”。各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。电鱼放电的奥秘究竟在哪里？经过科学家对电鱼的解剖研究， 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多小电板细胞构成的。电鱼这种非凡的本领，引起了科学家极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的，所以称为“人造电器官”。除了电池之外，还有一种想法存在理论可能，但科技不能实现的启迪：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，所有交通工具的动力问题是否能得到很好的解决。

 

 

04 苍蝇与气体分析仪，气味探测仪、蝇眼透镜

 

我们讨厌的苍蝇被普遍归类为害虫，可是苍蝇的楫翅是天然导航仪。而且，它的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。它是一种用途很广的新型光学元件，用几百或者数千块小透镜整齐排列组合而成的的镜头便制成了“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机被应用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了效率和质量。另外，通过苍蝇对气味的敏感属性，又仿制成功一种十分奇特的“小型气体分析仪”。已经被安装在太空飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。所以，我们不能绝对化的把苍蝇定义为害虫哦。

 

 

05 大雁与导航仪

 

候鸟的迁徙长则几千公里。但它们总能准确地到达世世代代选定的目的地。这说明候鸟有极好的导航本领。科学家认为它们都有各自特殊的感应器官，它们可以利用对磁场、太阳、重力去感知分析自然界不同地域环境因素下的变化去辨认方向和锁定迁徙路线。研究明白鸟类导航的原理之后，科学家研发了各种导航仪器，为航空、航海、汽车发展做出了贡献。

 

 

06 鸟类与飞机

 

人类受到鸟类的启迪，可以说不仅仅发明出了飞机，还改变了飞机的各种性能。飞机仅是统称，还细分了比如固定翼飞机，直升机，滑翔机。就拿固定翼飞机来说，鸟类是我们的老师，但早期飞机发动机的噪音很大，而猫头鹰在所有鸟类中可以更接近无声的飞行，于是我们改造了飞机的性能；天鹅在水面上撩飞的优雅，又促使水上飞机诞生；我们通过研究金翅鸟的飞行特性改善了飞机性能。

 

07 蜂鸟与直升机

 

小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，它们既可以垂直起落，又可以倒着飞。蜂鸟在吮吸花蜜时，它不像蜜蜂那样停落在花上，而是悬停于空中。这是多么巧妙的飞行啊。于是，不同于固定翼飞机飞行原理的直升机问世，就是从蜂鸟身上找到的灵感。

 

 

08 鹰眼与鹰眼光学系统

 

鹰的视力是异常敏锐的。翱翔在两三千米高空的雄鹰，两眼扫视着地面，它能够从许多相对运动着的景物中发现兔子、老鼠，狐狸等动物，并敏捷地俯冲而下，一举捕获。鹰眼还具有对运动目标敏感、调节迅速等特点，它能准确无误地识别目标。科学家从鹰眼的启发中研发出很多现代电子光学技术产品。

 

 

09 蛇与导弹、夜视仪、红外探测器、微型热传感器、化学武器

 

蛇有一种能探测周围环境中温度变化的本领，用来锁定捕捉猎物，所有热追踪导弹就是从蛇的身上得到了启发。而在所有蛇类中，绝少数的如响尾蛇又具有热感应系统之外的红外热眼颊窝器官，美国科学家利用这一原理，研制出一种空对空导弹的敏感器件，能够探测来自目标的红外辐射，从而紧紧盯住目标不放，直至把目标摧毁。这种导弹被命名为“响尾蛇导弹”。同时，科学家根据响尾蛇很多的奇特功能，又研制出现代夜视仪、以及仿生红外线探测器等很多高科技产品。

 

 

10 企鹅与新型汽车

 

从企鹅足部结构在雪地和冰面上稳步行走的原理中，科学家设计出了极地摩托车和极地越野车，利用宽阔的底部贴在雪面上，用轮勺推动前进，这样不仅解决了极地安全运输的问题，而且也应用在了泥泞区域的行驶。

 

 

11 长颈鹿与抗荷服

 

长颈鹿之所以能将血液通过长长的脖子输送到大脑，正是因为重达10斤大心脏的动力让长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患脑溢血而死亡呢？这与长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示，在训练战机飞行员和宇航员对，发明了一种特殊设备，帮助防止血管周围肌肉退化；在急速跃升时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理研制出了“抗荷服”。抗荷服上安有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使飞行员的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。

 

 

12 水母与顺风耳

 

根据水母的顺风耳，科学家仿照水母耳朵的结构和功能设计了“风暴预测仪”，能提前10小时对风暴作出预警，对航海和渔业的安全起到了重要意义。

 

 

13 青蛙与电子蛙眼

 

科学家根据蛙类的视觉原理，研究出来了一种“电子蛙眼”。这种电子蛙眼的确能像蛙眼一样准确无误地识别出目标的形状。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提升。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。在现实生活中，电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机有发生碰撞的潜在隐患，能及时发出警报。在交通要道上，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。

 

 

14 蜜蜂与建筑，相机，人造卫星，偏振定向仪

 

蜂巢一直是蜜蜂可以引以为豪的杰作，蜂巢是世界上即省料、面积大且坚固的杰出建筑。科学家们正是模仿蜂房的结构，找到了“人造卫星”比较理想的结构。每个蜂房都是正六边形，而它们的底既不是平的，也不是圆的，而是尖的，这个底系由3个完全相同的菱形组成。菱形的角度是由两个均为109.28的钝角和两个均为70.32的锐角组成。这种正六边形的蜂房既结实，又节省材料，还具有最大的容积。模仿蜂房结构制造卫星，不但可节省大量材料，减轻重量，容积又大，强度也高，还具有隔音、隔热的性能。现代的照相技术也受到蜜蜂的启发。在蜜蜂头部有一对奇异的复眼，每只复眼都由6000多个单眼构成，光进入眼晶体，达到感光细胞，如同照相机的全过程。专家们模仿蜂眼的构造，制成了一种先进的“蜂眼照相机”，一次可拍下上千张照片。有一种“偏振定向仪”的发明是受到了蜜蜂偏光定向功能的启发。蜜蜂采蜜来回要飞数万千米。可是蜜蜂从来不会迷路的原因正是蜜蜂眼睛的感光细胞分子对偏振光特别敏感，有良好的定向功能，能测出天空中不同亮度的各个区域。蜜蜂正是利用众多的单眼来感受太阳偏振光的。因此，即使乌云遮日，它们也能根据太阳方位的变化，及时做方向矫正。偏振定向仪就是根据蜜蜂定向功能的原理制成的，目前已用于航空和航海领域。

 

 

15 其它

 

现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子、屋顶瓦楞模仿了动物的鳞甲结构、船桨模仿的是鱼类的鳍、锯子模仿了螳螂的臂、苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣、迷彩服模仿的是变色龙、壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了启发、贝类蛋白质生成的胶体非常牢固，启发后目前应用在外科手术的缝合到轮船修复上、蜘蛛丝的研究制造出高级丝线，用于抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索、船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿......除了已知的动物仿生学外，比如很多动物都有预知地震的能力，但科学家发现鸽子又是预知地震最快的鸟类，如何像鸽子一样可以准确预知地震，目前的科技水平还没能实现；有的动物间可以无声的进行沟通，会是通过意识在沟通吗？以及个体蚂蚁的行动会产生集体记忆，这些都等待着我们去继续探索和破译。

 

大自然永远是人类最好的老师！

 

（蜂耘机器人网  责任编辑：似也）