機器人時代之借助超音速空氣流機器人可瀟灑倒爬天花板

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發表于 2011-6-18 11:37:00 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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干性粘合，固定在墻面，支持身體的移動。不過我們看到的圖中這個小機器人，卻運用了另一種思路。它采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。
基于這一原則的機器人手爪并不鮮見。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，而并不需要接觸到物件。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。
這個類型的爪由于吸力不足，一般不能托起整個機器人。新西蘭坎特伯雷大學的研究小組研制了比傳統裝置的吸力強5倍的超音速伯努利機器人手爪，足夠支持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，但一前一后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（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，氣流被強迫從這里噴出時達到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征使氣流壓縮，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。
這種機器人可能用于工業檢驗。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。