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2021/09/29
仿生技術新突破！壁虎助機器人垂降不突槌
技術要向壁虎取經？數位製造不乏以生物形態來激發科技靈感的例子，有科學家看中了壁虎輕鬆跳牆的特質，通過研究其生物構造和運動，創造出在垂直牆面著陸的軟機器人，並可望加強仿生技術的應用。
研究團體從發現壁虎的獨特行為，到設計、製造機器人的過程
壁虎的防摔生物機制
從上述影片可見，當壁虎正面撞向一棵樹時，會用腳趾抓住樹幹，而當牠的頭和肩膀反彈，透過將尾巴壓在樹幹上的槓桿作用，可防止牠向後翻滾掉落。這一連串的動作啟發研究人員揭示其中的物理機制，並指出可利用壁虎尾巴的結構技術來幫助像空拍機這種飛行機器人，以壁虎抓住樹幹的運動原理進行技術發明，使機器人能輕鬆降落在垂直的表面上。
壁虎以尾巴來穩定著陸的動作，讓德國的人工智慧研究人員創造出一個帶有尾巴的軟機器人
仿生技術與人工智慧的整合
仿生技術是通過了解及模仿生物的結構和功能原理，研發出新的機械技術、及解決機械問題，從蓮花不沾污的特性中研發出防潑水的材料，到模仿象鼻抓取物件的生物結構研發出機器人手臂等，可見仿生技術的科技應用範圍甚廣。目前許多科學家以仿生技術為出發點，整合多種數位製造的技術如3D列印一體成形、 人工智慧等，可望突破各種技術的結構和材料，與大自然「合作」，創造科技的無限可能。
在了解過壁虎的尾巴是其垂降特質的結構關鍵後，也隨著工程師試圖為機器人增加愈來愈多的功能時，卻發現無法為每一種功能引入一個新零件，而尾巴是一種結構，本身具多種用途，只要以此作為技術的核心就能優化機器人。而在數位製造的3D列印建築技術上，最為重視結構生成，優化結構也可助提升3D列印機的機械效能，以獲取最佳列印效果。
當壁虎與樹幹正面碰撞，牠的尾巴會使牠馬上從墜落中站穩
壁虎機器人的尾巴功能
研究人員使用最先進的3D列印機Carbon M2製作零件，建造出機器人的尾巴，他們將機器人的腳上安裝了魔鬼氈，以便在接觸時黏住物體表面，然後在尾巴上增添一種機制——當機器人前腿碰到表面並滑動時，尾巴會向下壓，就像壁虎的尾巴反射動作一樣。
結果發現，有15%的無尾巴機器人能在試驗中成功降落在垂直表面上，而有尾巴的機器人，成功降落則高達55%。
研究人員還發現，當機器人的尾巴超過一定的長度後，長尾巴機器人的功能表現並不一定比短尾巴機器人好，只是，短尾巴機器人需要兩倍的腳力才能保持附著在樹上。如同數位製造中的材料技術所強調的成分學，不同材料、份量的成分會試驗出不同的科技成果，而所有成功的科技，都離不開恰如其分的材料與技術。
研究人員受樹棲蜥蜴啟發，討論軟機器人的創建計劃
壁虎機器人的遠景
愈來愈多的研究人員發現，沒有明顯飛行形態的小型樹棲動物，往往表現出更驚人的空中機動能力，而軟機器人的物理模型，可幫助解讀和控制這些以機械為媒介的降落技術，像是無人機一直無法突破的垂降問題，也許可藉由壁虎機器人的技術，解決無人機降落時的穩定性，令以無人機運送物資的物流領域獲得更良好的拓展性。
期待這種向壁虎尾巴取經的軟機器人技術嗎？繼可鑽洞的軟機器人問世之後，航太探索又有了更進一步的技術發展，那麼這種能在垂直牆面附著的軟機器人，想必也能在數位製造的領域中一展所長，繼續上天下地都沒問題！
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