線蟲是一種直徑不足人類發(fā)絲的微小生物，憑借獨(dú)特的身體扭結(jié)機(jī)制，在無腿條件下實(shí)現(xiàn)了雙向彈跳的非凡能力。線蟲是地球上數(shù)量最龐大的生物種群之一，廣泛分布于自然環(huán)境和動(dòng)植物體內(nèi)。雖然可能引發(fā)宿主疾病，但其寄生特性也具備應(yīng)用價(jià)值，農(nóng)民和園藝工作者常利用線蟲替代農(nóng)藥防治害蟲。
近日，美國佐治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)團(tuán)隊(duì)通過高速攝像首次捕捉到其運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)：當(dāng)線蟲收緊軀體形成特定扭結(jié)時(shí)，能將彈性勢能積蓄并瞬間釋放，以自身體長20倍的驚人高度躍向目標(biāo)方向。
這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了自然界最微小跳躍者的運(yùn)動(dòng)密碼，更顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知。通常被視為功能缺陷的“扭結(jié)”現(xiàn)象，竟成為其能量驅(qū)動(dòng)的核心機(jī)制。這種突破性的生物力學(xué)策略，為仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了全新樣本。
佐治亞理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)通過高速攝像觀察到線蟲通過扭結(jié)身體的運(yùn)動(dòng)機(jī)制后，受線蟲彈跳機(jī)制的啟發(fā)，科學(xué)家們成功仿制了這種運(yùn)動(dòng)模式，研制出首款可雙向跳躍的無腿軟體機(jī)器人。
該裝置以硅膠為主體嵌入碳纖維脊柱，通過模擬線蟲的扭結(jié)形變—儲(chǔ)能—釋放過程，實(shí)現(xiàn)了垂直3米、多向可控的跳躍性能。
相較于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，這種仿生設(shè)計(jì)兼具輕量化與高適應(yīng)性，其彈性結(jié)構(gòu)能承受反復(fù)形變沖擊，為復(fù)雜地形探索開辟新路徑。
該成果不僅驗(yàn)證了生物力學(xué)原理在工程領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化潛力，更預(yù)示著下一代跳躍機(jī)器人將在深空探測、災(zāi)難救援等場景中突破運(yùn)動(dòng)極限。
佐治亞理工學(xué)院的這項(xiàng)研究成果已發(fā)表于《科學(xué)機(jī)器人》期刊。研究人員表示，該發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)可在復(fù)雜地形實(shí)現(xiàn)多方向、多高度跳躍的機(jī)器人系統(tǒng)。
論文共同第一作者、化學(xué)與生物分子工程學(xué)院(School of Chemical and Biomolecular Engineering (ChBE))博士后研究員Sunny Kumar表示，線蟲是令人驚嘆的生物，其軀體直徑不足人類發(fā)絲。這種無腿生物卻能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于自身體長20倍的跳躍高度，若按人類比例換算，相當(dāng)于躺在地面突然躍上三層樓高。
論文的另一位共同第一作者是現(xiàn)任美國加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究員Victor Ortega-Jimenez。他通過高速攝像發(fā)現(xiàn)，線蟲通過不同身體彎曲形態(tài)實(shí)現(xiàn)定向跳躍。并花費(fèi)一年時(shí)間建立可靠方法，首次實(shí)現(xiàn)對這些微小生物跳躍過程的持續(xù)觀測和精細(xì)拍攝。
論文共同第一作者、化學(xué)與生物分子工程學(xué)院(School of Chemical and Biomolecular Engineering (ChBE))博士后研究員Sunny Kumar表示，線蟲是令人驚嘆的生物，其軀體直徑不足人類發(fā)絲。這種無腿生物卻能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于自身體長20倍的跳躍高度，若按人類比例換算，相當(dāng)于躺在地面突然躍上三層樓高。
論文的另一位共同第一作者是現(xiàn)任美國加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究員Victor Ortega-Jimenez。他通過高速攝像發(fā)現(xiàn)，線蟲通過不同身體彎曲形態(tài)實(shí)現(xiàn)定向跳躍。并花費(fèi)一年時(shí)間建立可靠方法，首次實(shí)現(xiàn)對這些微小生物跳躍過程的持續(xù)觀測和精細(xì)拍攝。
研究表明，未來工程師可利用碳纖維等材料構(gòu)建彈性系統(tǒng)，通過可控扭結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地形的跳躍移動(dòng)。
佐治亞理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，近期已有跳躍機(jī)器人登陸月球，更多同類設(shè)備正被開發(fā)用于搜救任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室持續(xù)探索生物特殊運(yùn)動(dòng)機(jī)制，并通過仿生機(jī)器人實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化。
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