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源:发布时间:2002-01-27【字号: 小 中 大 】
□ 牧 马
一种具有蛇类外观体态、能蜿蜒运动的机器人(又称机器蛇),不久前在国防科技大学研制成功。它的问世,标志着我国仿生机器人技术又有了新的突破,是机器人研究领域取得的一个创新成果。机器蛇在许多领域具有广泛的应用前景,如在有辐射、有粉尘、有毒及战场环境下,执行侦察任务；在地震、塌方及火灾后的废墟中找寻伤员；在狭小和危险条件下疏通管道。除了抢险探测,如果有人认为动物王国没有太多的东西可供人造技术借鉴,这种想法可以原谅。毕竟,假如有人想设计一架作战飞机,如果人们已经制造出比鹰好得多的飞机(比如F-16战斗机),再去模仿鹰又有什么必要呢?难道动物就没有我们的技术现在可以超越的局限性吗?
仿生学家说,未必如此。他们强调说,他们并不是不加区别地模仿动物,而是设法找出动物能够发挥巨大作用的某些特定的身体结构,然后再把这些结构融合到现有技术中来。举一个异想天开的例子:可以通过使F-16战斗机具备像鹰一样几乎可能垂直起降的能力,进一步改进它的性能。仿生机器人可以为人们在实验室里研究数学、力学、控制理论和人工智能等提供实验平台。
麻省理工学院的罗德尼·布鲁克斯教授解释说:“研究动物是为了获得更好的设计灵感。从纯粹的工艺学角度来说,我们可以提出许多更精明的构思。但是,动物身上也有一些确实很好的结构。”
可以证明这种研究尤为有用的领域是海洋动物的构造。鱼类(虽然在以直线行进时比螺旋桨传动的船只要慢)在行进过程中的急转弯以及在从静止到加速前进时的速度是无与伦比的。1.5亿年的进化使得鱼类对水下环境适应能力很强,它们能够以高达10G(1G=9.8米/秒2)的加速度加速(比航天飞机快两倍多),并能在不到自身长度一半的距离全速转弯。但是,它们所利用的能量比任何人造船舶所能使用的能量都有效得多。
麻省理工学院的机器梭子鱼,是世界上第一个能够自由游动的机器鱼。它大部分是由玻璃纤维制成的,上覆一层钢丝网,最外面是一层合成弹力纤维。尾部由弹簧状的锥形玻璃纤维线圈制成,从而使这条机器梭子鱼既坚固又灵活。一台伺服电动机为这条机器鱼提供动力。
机器鱼为研究人员解开海洋生物之谜提供了一个新的角度。鱼类似乎没有足够的肌肉力量供它们快速游动。这个谜称之为格雷悖论。但是现在的研究已经发现,即使是机器梭子鱼稍显笨拙地像鱼那样游动也能够游得更快。这表明格雷悖论的一个解答方案可能会获得证实——鱼类以左右两侧拍动尾部的基本游动方式减少了自身的流体阻力,从而获得更快的速度。
动物如何行动以及它们为何具有独特的行为,是科学家们开展仿生学研究的另一个巨大动力。斯特林大学心理学家巴巴拉·韦伯女士解释说:“要想充分利用动物的构造特点,我们必须知道它们是如何运作的。”
(据《科学时报》)
