象鼻是生物多样性领域进化的最好的作品之一。在相同尺度范围内,象鼻能够做到既灵活又结实,并为大象提供了在动物界不常见的灵巧程度。因此,它便成为学术界许多现代仿生项目的灵感来源,在全球研究院所的仿生研究中,星际小象的全柔性无骨骼仿生象鼻技术取得的成就最为瞩目。
一、基于象鼻的科学研究
全柔性无骨骼仿生象鼻黑科技:举重若轻,姿态万千
据英国动物学家绍沙尼(Jeheskel Shoshani, 1943~2008)的准确描述通过解剖亚洲象遗体,观察到象鼻实则由16条长长的肌肉合围形成,其横截面共包含约15万条肌束(fascile)。这些构造就使得大象的长鼻不仅拥有超大重量的抓取力,还能兼顾令人叹为观止的灵活性。
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*调皮的小象将象鼻的灵活度展现的淋漓尽致
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*象鼻的横截面解剖示意图
2018年,由星际小象CTO吴嘉宁领导的中山大学与美国亚特兰大动物园联合开展的一项课题,对大象用长鼻拾取细小物体的原理进行了深入探究,结果发现:在拾取细小物品时,象鼻前端会形成类似关节的结构,借以抓握细小物品乃至将碎屑或颗粒聚拢,从而将其拾起。
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*象鼻在实际抓取中的力度变化
基于仿生象鼻研发的软体机器人具有良好的操控顺从性、高度的运动灵活性、优异的环境适应性,正逐步向医疗、教育、家庭、服务等与人类生活更加密切的全新领域拓展,在人类社会扮演着越来越重要的角色,为未来智能社会夯实基矗
二、小象科技仿生象鼻的设计演变
星际小象的技术渊源来自于美国NASA和哈佛实验室,软体机器人在航天领域广泛运用,随着近年来技术水平的提高,成本的降低,该前沿技术开始逐步普及到消费品层面。
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大象轻而易举的取食动作,为工程设计带来了宝贵的启发。百万年的进化赋予了种类繁复的动物附其高度的运动灵活性、能量最优化策略和环境适应性。因此,仿生理论和技术是星际小象仿生软体机器人设计灵感的源泉。
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*小象团队技术研究逻辑图
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*仿生象鼻的技术演进
仿生软体机器人技术极大地借鉴了生物体移动并适应周围环境的方式。 与刚性臂体机器人相反,软体机器人可实现运动的高灵活性和高适应性,并具备高安全度的天然柔性操作介质。
1、仿生数据积累阶段
根据庞大的动物身体器官数据分析,逐步积累了深厚的仿生技术,特别是对于象鼻的研究,力控精度可以达到3%。
2、仿生功能品形成阶段
通过仿生数据模型与仿生基础功能专项制备,进阶发展出等效象鼻的多自由度特性,完成了仿生研究理论到设计出产品实物的跨越。