【前沿】Toyohashi理工大学成功开发出水蛭机器人！

机器人技术开发人员长期以来一直在寻找新的推进方式的生物灵感设计。Toyohashi理工大学机械工程系副教授tomoaki mashimo博士和剑桥大学工程系机器人专业的Fumiya iida博士的研究团队已经成功开发出一种水蛭形状的机器人“水蛭”，它可以爬上垂直的墙壁。

水蛭-纵向可扩展的连续体-是受动物水蛭亚纲启发。它有一个灵活的身体，由一个用于淋浴软管的材料制成，和两个吸盘。这种机器人能够像水蛭一样，无约束地伸展和弯曲身体。

由于其灵活的身体结构和吸盘，机器人成功地爬上了垂直的墙壁，甚至到达了墙壁的另一侧。这项研究于2019年3月27日发表在美国科学期刊《软机器人》上。

爬墙机器人具有广泛的潜在应用，包括建筑检查和维护，以及在灾难现场的搜索和救援任务。爬直的垂直墙是相当容易做到的。然而，在现实中，机器人可能必须越过墙壁上的障碍物，如台阶和向不同方向的墙壁过渡。

最困难的任务是到达墙的另一边。一个能够爬到墙顶的机器人必须面对从山顶到另一边的极端困难。

该小组开发了一种受陆地水蛭启发的机器人，这种水蛭是大自然中优秀的登山者。通常在森林或山脉中发现的陆地水蛭，可以通过身体两端的两个吸盘和柔软的可伸展身体围绕复杂的地形和墙壁移动。他们的身体是如此的轻和软，他们不会受到从高处坠落的巨大伤害。

爬山机器人吸盘设计

拟用爬升机器人示意图。（a）真正的水蛭。（b）水蛭。Cretid:丰桥理工大学

研究小组设计了一种新的运动机构，利用淋浴软管的管状结构来模拟水蛭的优点，即轻便、灵活和可扩展性。

柔性管是一种具有S形截面的金属板螺旋缠绕而成，已在一般家庭中使用。齿轮与管子表面的螺旋槽啮合。柔性管通过旋转运动前后移动。水蛭机器人的身体由三个并联的柔性管组成。通过控制由齿轮供给的每个柔性管的长度，主体可以弯曲或伸长。

水蛭机器人在垂直壁上成功地实现了向上/向下攀爬和水平过渡。通过结合这两种转变，机器人能够在二维墙面上自由移动。机器人的柔性身体具有很大的变形，使它能够从垂直墙的一侧过渡到另一侧。这是世界上第一次研制出能够在墙上自由移动的柔性机器人。

灵感来自淋浴

博士生、该研究的主要作者阿亚托•卡纳达说：“我在家里的浴室里想出了这个主意。”“当我无意中打开水龙头的时候，淋浴水管就变得狂野起来，好像它有自己的生命一样。然后我想到，如果我能操纵一根软管，我就可以制造出一个能动态移动生物的机器人。”

该小组充分利用淋浴软管的空心结构，考虑将液体注入到淋浴软管的空腔中，从而改变淋浴软管的刚度的可能性。机器人具有灵活的身体结构，不仅对环境适应性强，而且具有很高的防碰撞安全性，能够与人安全协作。

这项工作得到了JSPS研究员（编号17J04776）、英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）DTP（授予1476475和RG92738）和Mathworks有限公司（授予RG90950 378）的资助。第一作者Ayato Kanada获得了教育、文化、体育、科技部日本科学促进会领导研究生院项目的支持。