自然迫使生物適應環境。這是自然選擇的基本原理。從這個角度來看,工程師向已經適應環境的生物學習就顯得合情合理了。
機器人技術也是如此,研究人員利用仿生學來克服各種難題。以火星探測車為例,我們一直依靠輪式車輛在火星表面行駛。
如今,德國研究人員正利用一種不尋常動物的運動系統來指導新型探測車車輪的設計。這種動物名為沙魚蜥蜴。沙魚蜥蜴是一種以其在沙中如同游泳般行進的能力而聞名的蜥蜴
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這輛探測車配備了形狀奇特的輪子,使其能夠模仿沙漠蜥蜴在沙地上“游動”的運動方式。測試表明,這種輪子在沙地上行駛時的性能優于普通探測車的輪子
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維爾茨堡大學的一個研究團隊一直在研發一種能夠模仿沙魚在沙中游動能力的探測車輪。馬爾科·施密特教授領導著維爾茨堡大學地球觀測嵌入式系統與傳感器(ESSEO)研究小組。該小組隸屬于德國航空航天中心的VaMEx計劃。
“傳統的車輪設計通常針對低速行駛進行了優化,容易在松軟的地面上打滑、下陷或卡住,”與施密特教授合作的研究員阿梅諾西斯·洛佩茲說道。
由于新輪子實際上并不滾動,所以它們運行起來毫不費力,在測試中表現優于典型的輪子設計。
洛佩茲說:“這些輪子模擬了動物與地面的典型互動方式,能夠產生縱向和橫向的力。探測車在沙地上留下正弦曲線的痕跡——這證實了預期的游泳機制已經實現。”
施密特教授說:“這些實驗也為我們提供了明確的改進方向。” 最初的沙魚輪比傳統輪子更窄更重,而且容易打滑和陷入沙中。但新的設計通過減輕重量和拓寬輪子,克服了這些問題,從而提高了在沙地上的性能。
但火星探測車要應對的不僅僅是沙地。它們還要面對巖石地形、礫石地形和混合地形。如何讓沙魚輪在所有這些表面上都能正常工作,仍然是一項正在進行中的工作。
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研究人員解釋說:“對車輪表面進行進一步改進,可能會進一步提高其在混合地形上的性能。”
羅莎琳德·富蘭克林號火星車是歐洲航天局的下一個火星任務,計劃于 2028 年發射。但由于該火星車的設計已經最終確定,因此它不會使用沙魚游輪。
除此之外,歐洲航天局計劃在2035年執行另一次火星表面探測任務。由于地球和火星的相對位置,這是未來十年中最有利的發射日期。歐洲航天局及其成員國目前正處于該任務的早期研發階段,而且就目前而言,歐洲航天局尚未成功將探測器著陸火星。
這項未來的任務旨在開發精準著陸的關鍵技術,因此這將是首要任務。但如果歐空局最終成功將探測車送上火星,它很有可能會采用沙魚輪。到那時,這種設計應該已經非常完善了。
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