蟑螂已经在地球上存活了超过3亿年。它们能爬过微小的裂缝，在几乎任何表面上攀爬，并适应恶劣的环境。现在，研究人员找到了一种方法，帮助它们也能在水下生存。来自新加坡南洋理工大学和日本早稻田大学的团队，为半机械蟑螂开发了一款微小的3D打印潜水服，使这些昆虫能够在背负电子背包的情况下，在水下停留长达三个小时。这项研究将3D打印、机器人技术和生物学结合成一种新型生物混合系统，未来可能帮助检查被淹的基础设施，或搜索传统机器人难以到达的区域。
该研究以《配备微型潜水服的两栖半机械机器人》为题发表在《自然-通讯》期刊上，由南洋理工大学的佐藤裕孝教授领导。
与完全从零制造的机器人昆虫不同，半机械蟑螂是配备轻量化电子设备的活体昆虫。这个背包可以包含电池、传感器和无线控制器，使研究人员能够在昆虫移动时引导它。该系统并非控制每一个动作，而是轻柔地引导蟑螂，同时依赖其自身爬行、攀爬和绕过障碍物的自然能力。"通过将蟑螂（一种陆生物种）装入这套潜水服中，我们使其能够在缺氧环境中生存和运作，"研究人员在论文中写道，"将其转变为能够在陆地和水中运作的两栖半机械机器人。"
昆虫潜水服的工作原理。图片由新加坡南洋理工大学和早稻田大学提供
这项新装备的核心是一款微型潜水服，旨在帮助蟑螂在水下更长时间地呼吸。这款轻量级可穿戴设备在昆虫的呼吸开口周围捕获一个气袋，并包含一个仅有10×10毫米大小的微型制氧舱，由3D打印的类PMMA光敏聚合物树脂制成。该装置并非携带有限的氧气供应，而是通过电化学反应产生氧气，在昆虫潜入水中时持续补充气袋。
制氧舱和两个微小的3D打印气门连接器（连接到蟑螂呼吸开口并通过硅胶管输送氧气的小型配件）构成了系统的核心。定制的柔性防水外壳和硅胶管完善了这套可穿戴设备，使蟑螂能够在正常移动的同时，在水下停留长达三个小时。研究人员表示，3D打印使得制造可穿戴设备所需尺寸和形状的微型部件成为可能。
研究人员的期望并非仅仅是帮助蟑螂在水下游泳，而是希望两栖半机械昆虫能够到达传统机器人难以或危险到达的地方。正如他们在论文中所写，该系统可以使生物混合机器人"无缝地在陆地和水中环境中运作"。为了评估该系统，研究人员让半机械蟑螂经历了一系列水下实验，包括鱼缸和3D打印的管状障碍赛道，旨在模拟被淹环境。这些昆虫游泳、在水下行走，并爬过水下的通道，同时背负着它们的电子背包。即使戴着潜水服，它们的移动速度也只比陆地上略慢一点，而它们的水下生存时间从几分钟延长到了长达三个小时。
"这一点很重要，因为真实的灾难现场在大雨或洪水后可能极具挑战性，会阻塞废墟、排水沟和狭窄缝隙中的通道，"南洋理工大学机械与航空工程学院的佐藤教授说。"通过将我们半机械昆虫的操作参数扩展到水下旅行，我们相信它们能够增强搜救工作。"这可以包括检查被淹的管道、隧道、下水道或灾难区域，在这些地方，小型移动系统比大型机器人更具优势。由于蟑螂已经能够爬过狭小空间并翻越障碍物，赋予它们水下能力将为它们开辟更多可探索的区域。
来源：中国3D打印网编编文章！
0 留言