模拟蟑螂钻洞救人-仿生机器人

最近，加州大学伯克利分校的科学家们研制出了一种新的机器人，它很适合钻过狭窄的缝隙，这在地震等灾难的搜救工作中可以发挥作用。

图片来自：PolyPEDAL Lab

而要说到这机器人的设计灵感来源，估计就会让人反胃了——没错，就是上面图中的蟑螂。为了制造出伸缩自如的机器人结构，研究者们可是认真地对蟑螂进行了好一番观察试验。在实验室里摆弄蟑螂是有些恶心，不过令人生厌的蟑螂可是自然界的钻缝大师，它们灵活适应环境的外骨骼其实很有借鉴价值。

无孔不入：蟑螂是怎么钻缝的？

生活中，蟑螂的“无孔不入”令人十分头疼，不过，它们这种适应狭窄缝隙的能力则引来了科学家们的研究兴趣。如果能借鉴它们的身体结构和运动方式，机器人们也可以变得更加适应狭窄崎岖的地形。蟑螂身披硬质的外骨骼，但却能迅速调整身体，连远低于自己身体高度的窄缝也钻得过，它们究竟是怎么做到的？

这一次，研究者们就对蟑螂的钻缝能力进行了定量分析，他们还架起高速摄影机，记录下了那些肉眼难以分辨的快速“分解动作”。研究者选择了美洲大蠊作为实验对象，并给它们设置了一系列不同难度的“狭缝逃生”挑战。结果发现，蟑螂们的表现的确惊人，即使当缝隙高度只剩下3毫米时（这仅相当于蟑螂身体高度的1/4），蟑螂依然能够顺利完成挑战。而且，整个钻缝过程只需要几百毫秒时间。

蟑螂钻过3毫米窄缝，10倍慢放

分解动作及示意图。图片来自原论文

高速摄影机记录下了蟑螂钻过缝隙的一系列步骤：它们首先用触角试探出口，将两个触角都伸出缝隙，接下来，它们将身体斜向下，让头部和前肢冲出缝隙，再挣扎着拖动身体通过。蟑螂身上交叠的外骨骼体现出了极好的灵活性，不仅是一道窄缝，它们在连续的狭窄空间中依然表现良好。随着缝隙越来越窄，蟑螂们的身体压缩程度越来越高，腿部也逐渐摊平，但它们的脚到身体中线的距离却基本保持不变，这使得肢体能够最大限度地提供前进的推力。

蟑螂在4毫米高的狭窄空间中前进。虽然活动受阻，但它们依然能够顺利通过。

为了分析蟑螂身体的压缩潜力，研究者们还人为地“压扁”蟑螂，测量了它们所能承受的压缩极限。结果发现，当承受着300倍于自身体重的压缩力时，蟑螂依然可以在狭窄的缝隙中移动；而当受力提高至体重的将近900倍时，看似“压成饼”的蟑螂其实还没有受伤。

要挤扁了！其实这只蟑螂并没有受伤

适应狭窄：自动变形的蟑螂机器人

在分析了蟑螂的钻缝技能之后，研究者们建立起了“窄缝爬行”的物理模型，并在此基础上设计出了蟑螂机器人的雏形。这个机器人无论是外壳还是内部的“腿”结构都能在受压时自动变形，在压力解除时也会很快自动恢复。

不怕挤压的外壳和内部结构

目前，蟑螂机器人已经可以顺利通过不到自己身高一半的狭窄空间，这也使得它们拥有了钻进废墟瓦砾搜救生还者的潜能。

在被压缩50%之后，机器人依然可以顺利前进。