机器人游沙术！加州大学研发受海龟启发的机器人，未来或将用于太空探索

能在地下穿梭自如的机器人长什么样？

不好意思放错了，其实是这样。

外表看起来既不光滑，也不柔软，但据说它却是第一个能在十几厘米的沙子下面“游泳”的机器。

两只胳膊倒腾的挺快。

当然，“游沙”并不光是为了秀一波技能，这个机器人可以通过WiFi进行控制，从而用于环境监测、粮仓检查和灾害应对这些领域。

这是加州大学圣地亚哥分校的机器人专家团队进行多项实验后得到的成果，也为地下机器人的研究打开了一个新思路。

▍如何在沙子下面“游泳”？

所以，这个既不柔软、也不光滑的机器人究竟如何在地下游泳呢？

要知道，在沙子里游泳可比在地面或者水中的阻力大太多了，而且在过程中非常容易损坏。这就是机器人一直未征服底下环境的主要原因之一。

为此，研究人员开始在自然界的生物中寻找灵感。

首先被想到的就是小海龟，当小海龟从埋在地下的蛋中孵化出来时，它们会用强有力的足部当做桨在沙地里爬行。

有了灵感来源，机器人的两只胳膊也模仿了小海龟的超大鳍状肢。

在沙子下面移动时，机器人将两只胳膊向前拉，紧贴身体，然后再向两侧拉回伸出，就像游泳运动员那样。

不过研究人员很快发现，当机器人不断的翻转胳膊向前移动时，由于沙子的阻力，机器人也会自然的向上移动，限制了它的用途。

于是，他们灵活的更改了“海龟”的头部，设计为楔形头部以减小阻力。

还配备了一组"箔状表面"，安装在机器人的鼻子两侧，这个装置的作用就像潜艇的下潜平面，将机器人向下推，以抵消其向上的轨迹。

除了保持向前的水平移动外，机器人还能在沙子里左右转动，它可以通过 Wi-Fi 进行远程控制，通过独立改变其附属装置的推力来实现左转或右转。虽然它的脚踏板目前是固定角度的，但将来可以调整角度，让机器人根据需要上下移动。

▍遇到障碍物该怎么办？

移动的问题解决了，但如果遇到了障碍物该怎么办呢？

其实，机器人的两只胳膊除了游泳外，还有探测障碍物的功能，通过移动中感知周围流沙不断增加的阻力来做到这一点。当感知到障碍物时，它会采取相应的措施来避免碰撞或绕过障碍物。

不过目前只能探测到机器人两侧及上方的障碍物，至于正前方和下方，研发人员还在持续改进中。未来版本的“小海龟”可能会具备更强大的障碍物感知和避障能力。

目前，“小海龟”机器人能够在12.7 厘米的深度下，以每小时约 4 米的速度在沙地上水平移动。不过它的速度很慢，和蠕虫、蛤等其他地下动物的移动速度差不多。

虽然速度相对较慢，但这种速度对于某些任务可能是足够的，特别是在需要小心移动以避免损坏周围环境或传感器设备的情况下。

开发这样的机器人涉及到许多技术挑战，包括机械设计、传感器技术、控制系统和软件开发。随着技术的不断进步，机器人能够在各种复杂环境中执行任务的可能性将不断增加。

▍进一步提升速度，未来可能应用于太空

目前来说，人们还不够了解带四肢的机器人该如何在地下移动，而像这样的小型机器人，不仅为地下机器人的设计打开了新思路，能够应用的场景也有很多，比如土壤采样、地下勘探、搜救工作等

这项研究发表在《Advanced Intelligent Systems》（先进智能系统）中，标题为“Toward Robotic Sensing and Swimming in Granular Environments using Underactuated Appendages”（使用欠驱动附件实现颗粒环境中的机器人传感和游泳）。

这个机器人已经在实验室的一个装满沙子的水箱和加利福尼亚州拉霍亚海岸海滩的沙子中进行了测试。未来，研究人员会进一步优化它在沙子里游泳的速度，还会增加身体的角度，让它实现前后、左右、上下的全方位的地下运动。

除此之外，由于机器人还能把自己固定在介质中，这对太空低重力环境中的探索非常有意义，所以未来也有可能为太空应用开辟新的途径。

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