受到微小寄生虫跳跃动作的启发，佐治亚理工学院的工程师开发出一种 5 英寸长的软体机器人，能够跳到篮球架那么高。该机器人由一根硅胶棒构成，并用碳纤维脊柱加固，尽管没有腿，但跳跃高度可达10英尺（约3米）。该设计灵感源自线虫的高速视频记录，揭示了这些蠕虫如何收缩身体形成奇特的形状，从而推动自身向前和向后运动。
这些受线虫启发的软体机器人由硅胶棒和碳纤维脊柱制成。图片来源：Candler Hobbs
他们的研究成果最近发表在《科学机器人》杂志上。研究人员表示，他们的工作可以推动机器人系统的研发，使它们能够通过跳跃不同的高度和灵活地向多个方向移动，在不同地形中导航。
“线虫是一种神奇的生物，它们的身体比人的头发还要细，”论文第一作者、化学与生物分子工程学院（ChBE）的博士后研究员桑尼·库马尔（Sunny Kumar）说道。“它们没有腿，但能跳到自身长度的20倍。这就像我躺着，然后不知怎么地跳上了一栋三层楼一样。”
线虫，又称蛔虫，是地球上数量最多的生物之一。它们生活在自然环境中，也寄生于人类、昆虫和动物体内。它们可以导致宿主患病，有时也可能带来益处。例如，农民和园丁会使用线虫代替杀虫剂来杀死入侵昆虫并保护植物。
它们在进入宿主体内之前，会通过跳跃的方式附着在宿主身上。维克多·奥尔特加-希门尼斯（Victor Ortega-Jimenez）——前佐治亚理工学院研究科学家，现加州大学伯克利分校教员——利用高速摄像机观察了这些生物根据它们想要去的地方，将身体弯曲成不同的形状。
为了向后跳跃，线虫会将头部向上抬起，同时收紧身体中点，形成一个弯曲的形状。这个形状类似于蹲着的人。从那里开始，线虫利用其扭曲形状中储存的能量向后推进，就像体操运动员做后空翻一样。
为了向前跳跃，蠕虫会将头部保持直立，并在身体的另一端形成一个弯曲，指向高空。这个姿势类似于准备立定跳远的人。但蠕虫不是直线跳跃，而是向上弹起。
受该研究启发创作的漫画。图片来源：Saad Bhamla/佐治亚理工学院
“改变重心可以让这些生物控制跳跃的方向。我们还没发现其他任何如此微小的生物能够在同一高度有效地向两个方向跳跃，”库马尔说。尽管他们的身体几乎被打结了，他们还是做到了。
“扭结通常是致命的，”ChBE 博士后研究员、该研究的主要合著者 Ishant Tiwari 说道。“血管扭结会导致中风。吸管扭结毫无用处。软管扭结会切断供水。但扭结的线虫会储存能量，用于在空中推进。”
受该研究启发创作的漫画。图片来源：Saad Bhamla/佐治亚理工学院
在观看了这些视频后，研究团队创建了跳跃线虫的模拟模型。然后，他们制造了软体机器人来复制这些跳跃线虫的行为，并用碳纤维对其进行加固，以加速跳跃。
Kumar 和 Tiwari 在副教授 Saad Bhamla 的实验室工作。他们与 Ortega-Jimenez 以及加州大学河滨分校的研究人员合作完成了这个项目。
研究小组发现，这些扭结使得线虫每次跳跃时都能储存更多能量。它们会在十分之一毫秒内迅速释放能量，从而完成跳跃，而且它们足够坚韧，可以重复多次这一过程。
Ishant Tiwari（左）和 Sunny Kumar 在实验室里。图片来源：Candler Hobbs
研究表明，工程师可以创建由碳纤维或其他材料制成的简单弹性系统，这些系统可以承受并利用扭结来跨越各种地形。
“最近，一个跳跃机器人被发射到月球，其他跳跃机器人也正在研发中，用于协助搜救任务，这些机器人必须穿越难以预测的地形和障碍，”库马尔说道。“我们的实验室持续探索生物利用其独特身体做出有趣行为的有趣方式，然后制造机器人来模仿它们。”
编译自/ScitechDaily
