科學(xué)家用3D打印開發(fā)出模仿海膽口器的火星車機械爪
日前，受到深海中海膽的牙齒的啟發(fā)，科學(xué)家們用3D打印開發(fā)出了一種可以在火星探險時使用的機械爪。據(jù)稱這種機械爪可以用來在火星上采集巖石樣品或者其它對象。為了在險惡的海底環(huán)境中生存，海膽主要靠它尖利的牙齒在石頭上咬出洞穴，以躲避天敵和保護(hù)自己不受海浪的沖擊。
而如今，加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師和海洋生物學(xué)家們就模擬它的這樣一種習(xí)性，開發(fā)出了一種設(shè)備，而且這種設(shè)備可以連接到一輛可以遠(yuǎn)程控制的小型火星車上。
據(jù)悉，研究人員已經(jīng)在實驗室里這個機械爪進(jìn)行了多次測試，它無論是在沙地上，還是在模擬火星環(huán)境的土壤中表現(xiàn)得都很出色。研究人員設(shè)想未來可以在火星上派出一個火星車群，每輛火星車上都安裝上此類裝置以分散收集樣品，然后再將這些樣品匯集到一輛主火星車上。他們希望美國宇航局（NASA）能夠?qū)@個方案感興趣。
據(jù)該項目的參與者博士生Michael Frank稱，像火星車這樣的太空車輛可以借鑒海膽撕開巖石的非凡能力，改進(jìn)其采樣裝置。到目前位置，這些火星車主要靠鏟子來收集地面樣品。他說：“我們的目標(biāo)就是開發(fā)出一種能夠更加精確有效抓取不同區(qū)域地面樣本的裝置，而且不能夠像鏟子那樣影響到周圍。”
據(jù)悉，研究團(tuán)隊開發(fā)的這種新的采樣裝置完全是模擬海膽的口器設(shè)計的。其口器包括了復(fù)雜的肌肉組織和5個彎曲三角形牙齒，可以在最硬的巖石上刮、切、咬和鉆孔。
研究人員發(fā)現(xiàn)，海膽的這些牙齒像穹頂那樣整齊排列，向外打開和向內(nèi)閉合都很順暢，有點像我們常見的抓獎機上的機械爪。而且海膽的每個牙齒中間都有一個被稱為龍骨的T形結(jié)構(gòu)。仿真研究結(jié)果表明，帶有龍骨的牙齒盡管質(zhì)量增加了4%，但是在再10磅載荷下其承受的應(yīng)力卻減少了16%。
研究人員們研究的主要是一種粉紅色的海膽，它們主要生活在北美 西海岸100至1000米的深海里。他們提取海膽的口器，并用3D顯微鏡對它們進(jìn)行掃描，然后根據(jù)其幾何形狀設(shè)計出高度精確的模型。這些數(shù)據(jù)然后被轉(zhuǎn)化成易于使用的文件以設(shè)計出機械爪的原型。在這個過程中研究人員還借助3D打印機對其進(jìn)行了多次快速迭代。
第一次的原型非常接近海膽口器的天然結(jié)構(gòu)，但是在采集沙子方面表現(xiàn)得并不理想；在第二此原型的時候，研究人員將其牙齒的尖端改得平了一點，以便于其更好地挖沙子，但是卻不能正確地打開。最后，在第三次嘗試時，他們將每個牙齒分別與裝置的其它部分連接，使其更容易打開。
（編譯自Mirror）
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