受水黾启发研究人员发明可在水面上滑行的微型机器人

盖世汽车讯 据外媒报道，来自加州大学伯克利分校、佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)和韩国亚洲大学(Ajou University in South Korea)的合作研究团队发现，水黾(Rhagovelia)独特的扇形螺旋桨——使它们能够在湍急的溪流中滑行——可以像画笔一样被动地开合，速度比眨眼快十倍。受这一生物创新的启发，该团队开发了一种昆虫级机器人，它内置了可自我变形的风扇，可以模仿水黾的敏捷动作。这项研究强调了自然选择塑造的生物适应性形态和功能如何能够增强水黾和生物工程机器人的运动能力和耐力，而无需增加额外的能量成本。

Rhagovelia水黾在水黾中独树一帜，因为这些毫米级大小的半水生昆虫在其推进腿上使用特殊的扇形结构，使其能够快速转弯和爆发速度。

“疫情期间，我在肯尼索州立大学做博士后工作时，第一次看到波纹虫就被深深吸引了，”加州大学伯克利分校的综合生物学家、该研究的主要作者Victor Ortega-Jimenez说道。“这些微小的昆虫在湍急的水流表面快速掠过和旋转，以至于它们看起来就像飞行的昆虫。它们是怎么做到的？这个问题一直萦绕在我的心头，我花了五年多的时间与它们进行深入的合作才找到答案。”

在此之前，人们一直认为这些扇形体完全由肌肉运动驱动。然而，发表在期刊《Science》上的一项研究报告称，Rhagovelia扁平的带状扇形体可以利用表面张力和弹力被动变形，而无需依赖肌肉能量。Ortega-Jimenez博士表示:“首次观察到孤立的扇形结构在接触水滴后几乎瞬间被动膨胀，这完全出乎意料。”

这种腿部收回时的可折叠性和推进时的刚性的非凡结合，使得这些昆虫能够在短短50毫秒内完成急转弯，并以高达每秒120个体长的速度移动，堪比苍蝇的快速空中机动能力。

Ortega-Jimenez博士于2020年离开肯塔基州立大学加入佐治亚理工学院，他将这个项目以及对Rhagovelia虫的初步观察结果提交给了Saad Bhamla博士。

“我看到了一个隐藏在显而易见的发现。我们常常认为科学是天才们独自进行的运动，但这与事实相去甚远。现代科学的核心是由充满好奇心的科学家组成的跨学科团队，他们跨越国界和学科，共同研究自然，并设计出新的仿生机器。”Bhamla博士说道。这项跨学科的研究持续了五年多，融合了实验生物学、流体物理学和工程设计。

受水纹虫启发，打造一款昆虫大小的机器人是一项重大挑战，尤其因为风扇的微观结构设计仍是一个谜。亚洲大学的Dongjin Kim博士和Je-Sung教授使用扫描电子显微镜捕捉到了风扇的高分辨率图像，最终取得了突破，揭开了这一谜团的答案。