2011年6月19日 星期日

借助超音速空氣流 機器人可瀟灑倒爬天花板

能在墻上行走的機器人,大家聽過不少,它們大多模擬自然界一些天然的粘結機制,比如有些機器人就模擬類似壁虎腳的乾性粘合,固定在墻面,支援身體的移動。

不過我們看到的圖中這個小機器人,卻運用了另一種思路。它採用一個流體動力學的著名原理(還是其“超音速版”),讓自己瀟灑地固定在幾乎任何表面,它甚至不需要接觸到表面,工作原理與壁虎腳完全不同。



它借用的是伯努利(Bernoulli)原理:如果流體的速度慢,壓強就大;速度快,其壓強就小。你可能做過這個實驗:雙手將兩張小紙條分放在嘴巴兩邊,你朝中間吹氣,小紙條反而相互靠近。



基於這一原則的機器人手爪並不鮮見。高壓的空氣流沿著爪的邊緣噴出,形成一個“真空腔”,手爪就可以用來“抓取”距離很近的物件,而並不需要接觸到物件。這樣的機器人手爪通常用來拿起一些特殊的東西,它們或容易破碎,或需要無接觸處理以避免感染。

這個類型的爪由於吸力不足,一般不能托起整個機器人。紐西蘭坎特伯雷大學的研究小組研製了比傳統裝置的吸力強5倍的超音速伯努利機器人手爪,足夠支援小機器人自身的重量。

請看附圖,機器人左右側的輪子是觸及到墻面的,但一前一後的兩個圓爪則與墻面稍稍分開。機器人噴射空氣流,強迫其通過一個微小的間隙,加速到超音速。結果就產生了可觀的吸力。



這種新型的機器人爪,大名叫非接觸式附著墊(Non-Contact Adhesive Pad, NCAP)。氣流噴出的那小縫隙,寬度僅25微米,幾何形狀也是精心設計的,氣流被強迫從這裡噴出時達到3馬赫的速度。是的,沒有寫錯,也不開玩笑,就是音速的3倍。NCAP 能做到這一點,既不依靠增加氣流,也不需要增加壓力,完全借助自身的幾何特徵使氣流壓縮,速度提升,獲得足夠的附著力。讓它爬玻璃等光滑墻面,或倒懸在天花板上行進,都不在話下。

這種機器人可能用於工業檢驗。研究人員說他們正在努力,使超音速非接觸式附著墊在“幾個月”內,能以“幾百美元”的價格買到。



新民晚報 2011/06/17  淩啟渝


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