受蝴蝶启发 研究人员开发出由磁场驱动的柔性机器人机翼

 据外媒报道，达姆施塔特工业大学（Technical University of Darmstadt）和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（Helmholtz Center Dresden-Rossendorf）的研究人员开发出可由磁场驱动的柔性机器人机翼。受到帝王蝶翅膀的效率和适应性的启发，新机翼无需电子设备或电池即可实现精确的运动。这种仿生开发可能会从根本上改变环境监测、救援行动和生物医学应用。

图片来源：达姆施塔特工业大学

帝王蝶以其出色的耐力和适应性而闻名。每年，它们在加拿大和墨西哥之间迁徙数千公里。这一壮举的关键在于它们独特的翅膀，这种翅膀使昆虫能够通过主动运动和被动弯曲的组合来节能飞行。这些特性为磁力驱动机器人翅膀的开发提供了灵感。

该团队由Oliver Gutfleisch教授（达姆施塔特工业大学材料科学研究所）和Denys Makarov博士（德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心）领导，他们用一种柔性塑料制作了翅膀，其中嵌入了磁性粒子。外部磁场使这些粒子移动，导致翅膀弯曲并模仿蝴蝶飞行的动作。

开发过程充满挑战：研究人员最初使用3D打印制作了12种不同的机翼设计，包扩以帝王蝶的天然翼脉为模型的脉络结构。目的是结合有限元分析和实验来找出这些模式如何影响机翼的机动性和效率。

相关研究结果发表在期刊《Advanced Intelligent Systems》。结果表明，具有静脉结构的较大机翼特别适应性强、持久耐用且更容易弯曲。

“最大的挑战是打印超薄、柔性且足够坚固以承受负载的结构，”该研究的主要作者之一Kilian Schäfer解释道。

各种应用领域

磁翼有许多潜在的应用。例如，在环境领域，“有翼”机器人可用于监测传粉者种群或进行空气质量研究。由于机翼可以实现小型节能的设计，因此这种机器人非常适合前往灾区，例如可以用来搜索和救援人员。

这项研究的重点是开发无需电子元件即可工作的柔性磁翼。然而，这种新方法也可以应用于其他变形机器人。例如，新开发的技术为医学开辟了可能性：具有精确可控运动的轻型机器人可用于微创手术，例如对敏感组织进行手术。

此外，仿生机器人的原理可用于开发可以根据需要改变形状的人造肌肉或智能材料。但在使用新技术之前，还需要进一步研究。

“目前的机翼仍然需要外部磁场，但未来的发展可以集成微型磁场发生器，以实现自主运动，”这项研究的主要作者Muhammad Bilal Khan解释说。该团队希望研究通过修改磁场来实现对运动和飞行路线的复杂控制。