鳥類的起跳動作可以應用到新型機器人的開發(fā)中（圖片來源：pixabay）

　　在自然界中，鳥類其實擁有非常優(yōu)秀的彈跳能力。每當鳥類準備起飛時，它們會將身體略微向后轉動，避免直接前傾而栽倒在地，然后向前躍起。鳥類的腿部關節(jié)非常發(fā)達，可以蓄力跳出足以起飛的距離，不會立即摔落。這些行為和動作給了研究者許多啟發(fā)。

　　最近，來自英國曼徹斯特大學的研究人員就仔細觀察并分析了鳥類的這些起跳動作，并且進一步在計算機上進行了數(shù)值模擬。研究人員指出，這些靈巧的動作完全可以應用到現(xiàn)階段新型機器人的研發(fā)當中，這樣設計出的機器人將會擁有更高的機動性。我們通常見到的機器人大部分都由輪子驅動，這些機器人能夠方便地利用輪子進行移動和轉向。而曼徹斯特大學的研究人員則認為，擁有彈跳能力的機器人會比這些傳統(tǒng)機器人更加靈活和高效。

　　相關研究已經(jīng)發(fā)表在了《英國皇家學會開放科學》期刊上。應用生物力學，研究人員試圖設計出能像鳥類一樣跳躍的機器人。

鳥類起跳動作示意圖（圖片來源：見參考文獻）

　　在機器人的腿部構造中，我們通?？梢砸姷揭环N以輪軸系統(tǒng)為主的設計，另一種較為少見的則是彈簧和制動桿的組合。輪軸系統(tǒng)顧名思義就是由“輪”和“軸”組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能繞共軸線旋轉，相當于以軸心為支點，半徑為桿的杠桿系統(tǒng)。輪軸二者一起旋轉，力可以在輪軸之間相互傳遞，這種設計更加強調機器人的移動能力。

　　而彈簧和制動桿的組合，或者稱為彈簧和制動器，是具有使運動部件減速、停止或保持停止狀態(tài)等功能的裝置。制動器可以使機械中的運動部件停止或減速，利用這個特性，機器人可以模擬出鳥類的起跳動作。研究人員認為，彈簧和制動桿的組合在加速效率等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的輪軸系統(tǒng)。

　　不同于傳統(tǒng)的輪軸驅動機器人，彈跳能力更強的機器人將可以解決機動性受限的問題。新型機器人可以在復雜的環(huán)境中，跳過各種阻礙前進的障礙物，同時保持自身的平衡和穩(wěn)定。另一方面，如果配合推進裝置，這類新型機器人還將能以最高的效率發(fā)射升空。通常來說，設備要起飛必須依賴于跑道或是平坦的地面，而通過模仿鳥類的起飛動作，新型機器人可以無視地形限制，隨時隨地起飛。

不僅是鳥類，許多動物也都在彈跳能力上具有極大的優(yōu)勢（圖片來源：pixabay）

　　當然，設計中依然有許多無法回避的問題。首先，動物自身生物結構的精密性是機械較難模仿的。在同樣的動作原理下，機械裝置需要占用更大的體積和更復雜的零件結構才能實現(xiàn)最初級的動作還原。即便是采用同等規(guī)模的電力設備或是其他裝置，在這個層面上，人類技術還是無法完全模擬出自然界構造所具有的復雜度。

　　其次，設計的成功與否很大程度上取決于新型材料的應用。如果在材料科學領域沒有得到所需的突破性進展，那么所有設計也很難做到理論上的效果。這也是許多仿生學研究的困境。對于這項研究來說，當它實際應用到工程設計中，設計者可能就需要一些高強度的特殊材料，用于避免加速過程中產(chǎn)生結構上的損壞。

　　自然界中不僅僅是鳥類，許多動物也都在彈跳能力上具有極大的優(yōu)勢，例如貓、蜘蛛、蜜蜂等等。彈跳加速的爆發(fā)力非常驚人，而過去人們卻對這一方面的仿生學應用甚少。如果我們能夠對此加以研究，也許就能擁有不一樣的發(fā)現(xiàn)。在機器人設計上，或許我們應該拋開輪軸系統(tǒng)影響下的平移思路，設計出更多可以在空間里自由移動的機器人。不僅僅是機械作業(yè)，在未來太空探索的道路上，這些擅長彈跳、能夠隨處起飛升空的機器人必定能夠發(fā)揮出巨大的作用。



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