蛇，可謂最具發(fā)明力的植物之一。它們可以或許疾速行為，悄然進步，攀越山地，擠進很小的洞內(nèi)，乃至可以略微滑翔一會兒。并且雖然外不雅與蜥蜴有些類似，但蛇類完整沒有四肢。

　　蛇的發(fā)明力給研討人員帶來想象力。歷久以來，機械人專家們一向努力于蛇形機械人的研討，這重要是為懂得決受限空間中的多功效靈活性這一困難。斟酌到這一點，今朝市情曾經(jīng)具有各類可以或許很好模擬蛇類“步態(tài)”的無肢機械人。但是，蛇類之所以特殊，毫不純真是由于其不具有四肢——蛇鱗異樣居功至偉。

　　上周末，哈佛年夜學研討人員揭橥了一篇關于新型機械人的論文，應用蛇鱗構(gòu)造的“各向異性磨擦特征（anisotropic frictional properties）”，從剪紙藝術找到設計靈感，可以或許制作出一種充氣式柔性機械人，經(jīng)由過程充氣與放氣的輪回舉措完成匍匐。

　　哈佛年夜學愿望如許的柔性機械人用于摸索辣手且風險的地形、停止勘察或履行摸索及救濟，或許將該項技巧小型化以履行人體內(nèi)的醫(yī)療義務——這意味著，將改良過于龐雜的機械人構(gòu)造這一年夜缺點。

　　這款機械人完成活動的癥結(jié)在于“皮膚”。在拉伸時，機械人的表面面采取更具抓地力的三維紋理——剪接式鱗片皮膚的運用，為機械人供給了向前挪動所必須的穩(wěn)固抓地力。

　　哈佛年夜學約翰保爾森工程與運用迷信學院的Ahmad Rafsanjani表現(xiàn)，“我們曾經(jīng)證明，剪紙工藝道理可以被歸入柔性機械人傍邊，從而以遠簡略于先前技巧的方法更快、更廉價地完成活動才能。”這類簡化后果，表現(xiàn)在該機械人只須要一臺機電便可驅(qū)動——而原有柔性機械人常常須要多套驅(qū)動裝配。

　　詳細設計方面，研討人員們應用激光切割機在塑料片上刻下多個微型瘦語，爾后將該資料環(huán)繞糾纏在可收縮與放氣的硅膠管四周。在充氣時，瘦語會彈起并捉住空中。而在放氣時，機械人便可向前挪動。該膠管自己還包裹有凱夫拉爾纖維，用以堅持機械人的固無形狀。

　　全體蛇鱗都指向雷同的偏向，從而提到可應用的磨擦力，使蛇體更輕易向前挪動而非向后挪動。固然這會使蛇很難向后挪動，但同時亦意味著蛇類可以起首將全體鱗片張開以取得向前的動勢，爾后沿腹部收攏以推進身材撤退退卻。如斯一來，只需蛇鱗在前后挪動的進程中磨擦力相等，其便可稍微退后。再有，因為蛇鱗存執(zhí)政向，是以其一側(cè)滑膩而另外一側(cè)粗拙。這意味著只需蛇類可以或許逗留在外面，其便可順遂向前挪動。值得一提的是，這也恰是bristlebots的任務道理。

　　為了制作與蛇鱗相似的鱗片皮膚，該團隊制作了各類可伸縮的塑料片，測驗考試了多種分歧的瘦語外形，且每片鱗片都經(jīng)由過程激光蝕刻刻有奇特的圖案。這類構(gòu)造使得機械人在軀體收縮并拉伸鱗片資料時，本來均勻的鱗片會變形并從機械人體內(nèi)彈出，進而捉住空中并將軀體的重復收縮轉(zhuǎn)化為向前活動。這類方法簡略、本錢昂貴且異常有用。

　　經(jīng)由三角形與圓形切割以后，該團隊終究發(fā)明梯形鱗片最合適這款特定蛇形機械人，不是由于梯形可以或許發(fā)生更年夜的磨擦力，恰好相反，梯形許可鱗片得以充足舒展，從而贊助機械人在收縮本身軀體時得以發(fā)生更長的“步幅”。只需鱗片設計可以或許在機械人向前挪動時有用將本身錨定在空中上（供給更壯大的抓地力），那末機械人便可將向前挪動疾速轉(zhuǎn)換為原地拉伸。而假如對三角形鱗片停止過度拉伸，那末塑料表層會稍微涌現(xiàn)永遠變形，這意味著即便機械人處于放氣階段，鱗片也依然稍為張開。

　　但是，研討人員留意到，鱗片設計存在一項缺陷，即在機械人處于放氣狀況時，鱗片所能發(fā)生的磨擦力將明顯下降——這是由于鱗片在此階段會被發(fā)出。要處理這個成績，他們須要確保機械人弗成停止充足放氣——當供氣量在0到12毫升之間輪回變更時，該匍匐機械人的運轉(zhuǎn)效力最好，相較于采取純?nèi)嵝约艚悠つw樹立的履帶式設計，前者的活動效力凌駕約22%。

　　該團隊還實驗了繩狀與非繩狀體系設計原型。在繩狀設計傍邊，繩子用于向履帶供給充氣用的空氣。但為了完成終究版本的完整主動化，其尾部須要充滿各類電源、掌握器、履行器和傳感器。

　　這不是機械人初次從蛇身上找靈感設計。斯坦福年夜學所開辟的救濟機械人與Eelume公司的水下維修機械人異樣與蛇類相干。同時，也曾經(jīng)涌現(xiàn)了剪紙式設計在太陽能電池與石墨烯納米技巧范疇的運用。不外據(jù)我們所知，哈佛年夜學的蛇形機械人是初次將兩者設計研討加以聯(lián)合。