陳根：蟑螂化身蟑螂機器人，6秒内穿越1.2米迷宮

文/陳根

蟑螂，又名打不死的小強。作為地球上最古老的昆蟲之一，蟑螂的起源最早可以追溯到4億多年前志留紀，即便後面行星撞擊，恐龍滅絕，蟑螂也還頑強的生活着，直到今天，都與人類共存。

盡管生活中人們往往對蟑螂避之唯恐而不及，但事實上，即便蟑螂給人們的生活帶來了諸多煩惱，其仿生功能也依舊值得人類的學習。要知道，蟑螂每秒鐘可以行走其體長的50倍；除了速度外，蟑螂的觸角和尾須，是天然的天線和後視鏡，骨骼能抵抗住高于自身體重800倍的壓力。

而蟑螂之是以能夠獲得如此的速度和強度，則因為其特殊的身體結構。蟑螂外骨骼都是由柔性關節組成的，可拉長，可縮短。這種身體結構，既保證了蟑螂堅硬的外骨骼起到支撐保護，又增加了身體的彈性，起到了緩沖作用。

現在，受蟑螂啟發，來自來自清華 - 伯克利深圳學院、澳門大學以及卡内基梅隆大學的研究團隊開發了可以靈活旋轉的蟑螂機器人。此次研究的電子蟑螂機器人，不僅能靈活地轉彎，而且運動軌迹可以被精确控制，因而能穿越複雜地形、并快速避開意想不到的障礙。

就其主體而言，蟑螂機器人是一個以結構諧振頻率驅動的彎曲壓電薄膜，主體提供前進動力，兩個靜電腳墊用于控制其快速的轉彎運動。就大小而言，蟑螂機器人同蟑螂一樣大小，相當于一張大郵票，由一種叫做氟化聚乙烯（PVDF）的壓電材料制成的薄片。

就速度而言，蟑螂機器人每分鐘行進40米，是昆蟲級機器人中速度最快的。研究人員将PVDF塗在彈性聚合物的一層中，導緻整個薄闆彎曲，這樣，當材料在電場下彎曲和拉直時，就會以“跳躍”形式推動裝置前進。

蟑螂機器人可實作每平方秒 28 體長的高相對向心加速度，這優于包括蟑螂在内的常見昆蟲，以及目前已報道的所有柔性機器人的靈活性。試驗中，研究人員讓機器人在樂高迷宮中行走以驗證其靈活的運動能力——蟑螂機器人成功用 5.6 秒走過一條 120 厘米長的迷宮軌道。

并且，相較于傳統材質的大型機器人，蟑螂機器人還具有較強的柔韌性，即便承受 60 公斤的踩踏力，也依舊保持完好。研究人員表示，這樣小巧、健壯和柔韌的機器人可能是進行搜救行動、或調查其他危險情況的理想選擇，例如用來檢查可能的氣體洩漏。

在特殊的情況下，比如發生地震，像這樣的機器人攜帶傳感器後也可以在搜尋和救援任務中派上用場，探測對于大型機器或者搜救犬無法深入的空間，成為現時代的“救援騎兵”。