科學家用3D打印開發出仿生蠕蟲機器人
蚯蚓是農民的好助手，人們叫它“活犁耙”。蚯蚓能夠松土，它經常在地下鉆洞，使土壤疏松多孔，外界的游離氣體就容易深入土中，促使微生物滋生，植物的根就很容易發育，地面上的水分或者肥料也容易深入土中，莊稼得到養料，長得就好。同時蚯蚓還可以入藥，治療一些疾病。但是對于機器人學家來說，它們其實是一個很有趣的研究對象。眾所周知，運動能力是機器人技術開發的一個極為重要的方面。而如今科學家們越來越多地把目光轉向了動物王國，希望能夠從中獲得靈感。近日，來自Case Western大學的研究人員就受蚯蚓啟發，開發出了一種仿生的蠕蟲機器人，這種機器人未來有望在手術、甚至是管道清理中得到應用。
據中國3D打印網了解，這個讓人眼界大開的機器人是由一支由神經科學家和工程師組成的研究團隊打造的，其成員包括來自該校仿生機器人研究中心的Alexander S. Boxerbaum、Andrew D. Horchler、Kendrick M. Shaw、Hillel J. Chiel和Roger D. Quinn等。盡管該團隊已經就此課題在發表了幾篇論文，不過本月初他們在Society for Neuroscience（SfN，神經科學協會）年會上的展示還是讓人矚目。
據該項目研究人員Horchler解釋說，蚯蚓有一種特別奇怪的運動形式，也就是我們所謂的蠕動。它們使用兩種類型的肌肉來收縮和擴張液囊——使自己的身體更長、更薄、更寬或者更短，并藉此向前運動。通過仔細研究蚯蚓能夠產生這一運動的神經系統和身體系統，Horchler及其同事已經打造出了一個3D打印的機器人，可以以機械的形式再現這一運動。“這種運動方式在約束空間中特別有效。因此軟蟲機器人最終可能會在管道檢測、洞穴勘探或者地質考察中發揮作用。理解這一運動的控制和物理現象是其中的關鍵，而我們通過力學模型、數學和計算機仿真解決了這個問題。”研究團隊解釋說。
為了能夠重建它，科學家們建立了一系列運動學模型和2D模擬方案。“相反，這個原型使用一個處于外部的連續編織的網來使機器人的身體產生波浪式的運動。”他們。最終他們打造出了這個前所未有的蠕蟲機器人CMMWorm（兼容模塊化網格蠕蟲）。它是由一個人工神經元控制器和一系列神經元組組成的模塊化蠕蟲機器人。幾十個3D打印的節點通過尼龍的方式相互連接，致動器也在其中，除此之外科學家們還是有了一些市場上可以買到的現成部件。
此外，CMMWorm最讓人印象深刻的是它的收縮能力。“除了每段獨立控制和具有可更換的網格屬性之外，CMMWorm還具有很高的收縮率（可收縮至其最大直徑的52%）。因此這種機器人可以游走管道如履平地。”他們說。將來這種CMM蠕蟲機器人的微型版本甚至可以進入人體，執行一些類似內鏡檢查的任務等。更為詳細的信息可點擊此處瀏覽研究團隊發表的關于這個機器人設計的論文。
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