科学家摸清蟑螂因何“宁弯不折”

美洲大蠊

根据我们的报纸，昆虫，无论是爬行还是飞行，都生活在一个困难的世界。从来没有人踩过蟑螂，但是当他抬起脚的时候，他看到那只动物跳了起来，从门缝下跑掉了。现在，研究人员正在研究这些生物如何弯曲而不断裂。

这项研究的结果远不能解释为什么蟑螂很难杀死。生物力学正在通过模拟赋予昆虫外骨骼和翅膀弹性的刚性和柔性部分来构建更加健壮的机器人。这种新型机器人能够抵抗压力，减小身体尺寸，钻入裂缝，有可能用于未来的救灾探测。

蟑螂有强大的生命力。在实验室测试中，蟑螂的体重是它们的900倍，但没有受伤。其中，美国蟑螂的行进速度可达每秒近1.5米，相当于它们身体长度的50倍。

"这些昆虫经常弯曲，但不会折断."美国哈佛大学的机器人专家罗伯特·伍德说，“我们正在做同样的事情，那就是，看看我们的机器人是否能有相似的鲁棒性。”

直到最近，为了应对一个困难和混乱的世界，大多数工程师通过使机器足够坚硬、坚固或灵活来避免危险。现代汽车包括第三种方法——它们通过扭曲和牺牲结构来保护乘员来吸收冲击。

“大自然想出了一个我们没有的策略。”亚特兰大佐治亚理工学院的机械工程师胡大维说，“就是折叠...继续前进。”

为了弄清楚蟑螂是如何做到这一点的，加州大学伯克利分校的综合生物学家罗伯特·富尔和博士生考什克·贾亚兰在用高速摄像机拍摄过程中，通过微小的缝隙或狭窄的隧道引诱昆虫。研究人员还在昆虫身体的不同部位放置了高达100克的重物，以观察动物是如何“倒下”的

Full和Jayaram发现美洲大蠊介于两个“夹板”之间。当甲板间隔约1.27厘米，相当于“高度”时，蟑螂可以*行走。当间隔调整到比高度低得多的0.6厘米时，蟑螂仍然全速前进。当间隔只有0.25厘米时，它们会把身体挤在夹板之间，然后强行通过。

贾亚兰认为，在狭窄的空间或缝隙中，蟑螂的腿和脚受到方位的限制，无法正常活动，所以它们在移动时必须使用身体的其他部位。具体地说，当蟑螂被挤压时，蟑螂通过用胫腓骨关节上具有感应能力的刺毛摩擦夹板来推动自己。

蟑螂的外骨骼和昆虫的翅膀启发了机器人的设计。杰阿拉姆现在已经制造了一个75毫米高的机器人，名叫CRAM。当被上下挤压时，CRAM的“腿和脚”可以向两边张开。然而，与蟑螂相比，这种机器人很难被挤压，它的高度只能降低到正常“高度”的一半。

机器人的制造过程类似于手工折纸，简单且成本低廉。目前，加州大学伯克利分校的一家附属公司为机器人爱好者制作了一套自己组装的工具。

Full和Jayaram在发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中说，在龙卷风、地震、爆炸等情况下，绝大多数现有机器人无法进入废墟，而灵活的机器人可以*通行，帮助确定该地区是否稳定和安全，找到幸存者的位置，并确定救援人员的进入路径。

Full说昆虫无处不在，可以说是地球上“最成功的动物”。向昆虫学习可以让机器人拥有类似的能力。蟑螂启发的机器人只是一个原型，但是它展示了在一个新的方向上开发柔性机器人的可行性。

胡称赞昆虫衍生的设计。“我真的很高兴看到越来越多的机器人能够承受潜在的伤害。”至于如何杀死蟑螂，Jarayam建议你加大鞋子的力度，降低声音。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2016-02-16，第二版国际)

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