受美國陸軍研究實驗室和陸軍研究署資助,哈佛大學、韓國水原大學等合作,建立了螳螂蝦撞擊附肢的多連桿模型。
閂鎖彈簧致動是螳螂蝦等小型生物肢體實現非常高加速度的機制。閂鎖機制的基本原理是肢體肌肉如彈簧一樣儲蓄彈性勢能,然後由接觸鎖將彈簧鎖住,一旦鎖解除,彈簧就能快速釋放能量。然而目前尚未完全瞭解閂鎖機制的原理。為此,研究人員設計了連桿機構,模擬螳螂蝦的閂鎖機制,並據此製成釐米級機器人。首先製造包含四杆連桿機構和一個可變長度連桿的機器人。可變長度連桿與直線電機和四連桿機構連線,模擬肌腱功能。然後利用受約束的拉格朗日方法建立機器人幾何閂鎖運動模型,分析連桿彈簧動力學過程。最後,按照模型資料調整機器人參數,進行測試。結果表明,機器人的連桿機構在空氣中達到了5.4×104m/s2的加速度。
這項研究建立了螳螂蝦閂鎖機制的多連桿模型,並據此製成具有極高加速度的機器人,有望為微型機器人提供高效能致動器。
論文:A physical model of mantis shrimp for exploring the dynamics of ultrafast systems