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爬墙吸盘黑科技成真,还能搞定粗糙表面:浙大提出旋转水涡吸附系统

用吸盘工具爬玻璃墙,听起来像是科幻电影里会出现的场景。不过最新的技术已经可以做到粗糙表面一样不在话下了。

近日,浙江大学的研究者施凯戈和黎鑫发明了一种可吸附在粗糙表面上的新系统。该系统基于零压差(zero pressure difference)方法,能在粗糙表面上提供远胜于传统系统的吸附效率。

利用黑科技工具爬墙,是汤姆·克鲁斯在《碟中谍》系列电影中的经典场景。

这是科研人员设计的原型机。

很多物体(主要是光滑平整不通透的物体)都是可以通过吸附的方式来抓取的,因此吸附可用于很多机器人应用。如果无法在物体表面构建一个密闭范围,那么你的吸附夹持器就难以工作,因此吸附系统通常在有条件限制或半限制的环境中工作。比如用在厨房里也许可以,但是室外?还是算了吧。
 
一般而言,将机器夹持器(以及机器人本身)固定在光滑表面和粗糙表面上所需的技术是完全不同的。但浙江大学的研究者施凯戈和黎鑫提出了一种新型的吸附夹持器,其可以有效地应对多种不同的表面,比如间距较宽的瓷砖甚至更为粗糙的混凝土表面。他们是怎么做到这一点的呢?因为他们使用了一种旋转水涡(spinning vortex of water)来增强密封系统的性能。

支撑一个人的重量,完全没问题。

介绍这项发明的论文内容很多,但总的来说,他们是将一个真空泵整合到了传统的吸附夹持器上,并且这个真空泵使用一个注水系统和扇叶进行了改造。这片扇叶不是用于创造或维持真空的——而是为了以高达每秒 90 转的速度让水转起来。向心力会导致转动的水体绕真空腔的外壳形成一个环,这可以保证水不被真空泵吸出,同时又能维持真空腔和表面之间的液体密封。小缝隙和角落往往让传统的真空夹持器难以为继,而这种新发明可以让水流入这些恼人的地方,由此便能实现更好的密封,实现远远更好的夹持或固定,尤其是在更粗糙的表面上。
举个例子,仅需不到 400 W 的功率,单个吸附单元(重 0.8kg)就可以在粗糙表面上产生超过 245 N 的吸附力,而同样吸附面积的传统吸附单元(重十几千克)则需要数千瓦的功率才能达到同样的效果,因为粗糙的表面会导致明显的空气泄漏。当功率非常高时,效率确实会下降一些——其 Spider-Man 系统的每个单元重 3 kg,能以 650 W 的功率提供 2000 N 的吸附力。
 
这个发明有什么缺点吗?确实有一点,水会流得到处都是,尤其是在解除吸附时。Spider-Man 版本每分钟会漏出超过 2 升水。虽然只是水,但有时也挺麻烦。而且因为水会漏掉,所以该系统还需要持续的水供应,这就限制了其使用场景。研究者正在研究可以降低水消耗的方法,让该系统能更加独立地应用。

完整视频:

参考链接:https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/water-vortex-suction-feet-help-this-hexapod-sploosh-up-walls
入门智能机器人浙江大学
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