杭州8月14日電(林波 楊佳吟)從108米高的標誌塔頂掉落,摔在地上片刻後,它再次起身蹦躂……這款「打不死的小強」是西湖大學工學院機械工程講席教授姜漢卿實驗室研發的「昆蟲尺度的軟體機器人」。 「它個頭小小的,身長僅2釐米,體重僅2克,像極了那個生命力頑強、卻也令許多人皺眉的『打不死的小強』。」姜漢卿於近日受訪時表示,這款「昆蟲尺度的軟體機器人」能在複雜的野外環境自主爬行、跳躍、遊泳,未來可以應用於搜救、水體監測等場景。 近日,在戶外的「蠕動式爬行機器人」。 (西湖大學供圖) 為何研發這款機器人? 姜漢卿表示,這款「小強」機器人非常輕巧,可以在沒有搭建電場、磁場的環境中自主運動,還能走出實驗室到戶外環境自由探索。 這款昆蟲大小的機器人為什麼這麼「能打」? 姜漢卿解釋說,這款機器人的靈感來源於昆蟲。在自然界中,昆蟲等小型生物之所以能輕盈穿梭、矯健爬行,靠的正是肌肉的高效率收縮機制,它們小小的肌肉能爆發出驚人的力量。 受肌肉伸縮的啟發,姜漢卿從力學角度出發,利用彈性力和靜磁吸力的平衡來實現機器人類似肌肉收縮的運動,「我們設計了驅動系統,塞進『小強』的小身板裡。」 據介紹,驅動系統分為兩部分,下方是嵌入軟磁鐵的線圈,上方是硬磁鐵,矽膠外殼可以產生彈力。通電後,線圈產生的磁場可以進一步增強軟磁鐵和硬磁鐵之間的靜磁吸力,同時引入洛倫茲力,實現對吸力的動態調控。 這一「磁吸+彈性」的巧妙結合,讓「小強」可以在低電壓(<4V)下產生高達210N/kg的輸出力和60%的變形率,遠超傳統技術水平。 這正是最近姜漢卿實驗室提出的全新電磁彈性體驅動機制,這一機制有效突破了柔性與微型系統中傳統驅動方式的性能瓶頸,在高輸出力、大形變與低電壓驅動之間實現了有機統一,也讓「昆蟲尺度的軟體機器人」能夠在複雜戶外環境中實現完全自主運動。 此外,這款機器人的生命力也和其它昆蟲一樣強大——能耗低,只有56毫瓦,跟小LED燈差不多。 這款機器人,在未來社會生活中有何應用? 「它們可以幫助人們做人類甚至許多機器人做不到的關鍵事情。」姜漢卿解釋說,實驗室裡幾種不同的「小強」機器人,各有所長、各司其職。 譬如,蠕動式爬行機器人,從30米的高空甚至108米高空自由落體後,還能毫髮無損地繼續匍匐前進,極限抗衝擊的能力令它非常適合在廢墟、瓦礫、狹小縫隙中執行搜救任務。未來,在地震等重大自然災害發生後,它可以被無人機從空中投放,快速滲透進入廢墟深處,尋找被困人員位置並發出信號,成為生命搜救的「先鋒兵」。 而自驅動遊泳機器人,能在自然水體中自主遊動超過一小時,未來,可以派小巧靈活的它檢測水下環境或監測汙染。(完)
八月的塔裡木河攜冰川融水奔湧而下,在沙雅縣哈德墩鎮一處引洪渠前,依布拉依木·阿合尼亞孜看著挖掘機挖開淤沙,笑著說:「看,這片胡楊林能喝上水了。」 在乾旱少雨、生態環境脆弱的新疆,森林資源尤其珍貴,環塔克拉瑪幹沙漠的塔裡木河流域分布著我國近九成天然胡楊林,是抵禦風沙侵襲的天然屏障。8月5日,塔裡木河第26次生態輸水第二階段輸水工作啟動,滔滔洪水流向下遊綠色廊道的同時,第9個年頭向塔河中上遊引洪補水工作也已開展半月有餘,為流域內胡楊林「精準解渴」。 43歲的依布拉依木是沙雅縣胡楊林保護中心達朗塘木中心管護所所長,做護林工作已有17年,守護著哈德墩鎮內的原始胡楊林。「8月是胡楊生長關鍵的落種期,供上水、供好水,是來年新林生發的重要一環。」依布拉依木說,在連續9年的向塔河中上遊引洪補水灌溉下,原本退化的胡楊林日益恢復生機。 曾經,河流兩岸商業伐木、村民砍樹燒火的現象較為普遍。1998年,國家在新疆啟動天然林保護工程試點,1999年,沙雅縣全面停止胡楊採伐。但由於塔裡木河改道等原因,沙雅縣部分區域的胡楊林因常年缺水嚴重已有退化趨勢。如今在沙雅縣著名的胡楊林景點「魔鬼林」,還能看到大片因河水改道缺水枯死的胡楊林。 2016年,新疆全面啟動塔裡木河流域胡楊林生態保護行動,也是這一年,塔河中上遊引洪補水灌溉胡楊林工作正式啟動。沙雅縣胡楊林保護中心主任強利民介紹,塔裡木河沙雅段全長266公裡,河岸兩邊有世界上面積最大的原生態胡楊林。作為塔克拉瑪幹沙漠邊緣阻擊戰的前沿陣地之一,近年來,沙雅縣通過生態輸水、退耕還溼、補植補造等綜合措施,不斷加大塔裡木河上遊溼地生態修復保護力度,尤其引洪補水5年一輪灌,使胡楊林的生態修復更精準高效。 新其滿管理站是沙雅縣管轄河段最長的一個管理站,站長劉華利和同事們根據每天的來水量,合理調配向胡楊林引流的生態水。由於塔裡木河河水含沙量大,日常巡檢、渠道清淤是水利、林草部門工作人員的必修課。如今,安裝在手機端的智慧測流系統使水情「號脈」工作更便利精準,一旦發現閘門引水流量不足等異常數據,工作人員就能立即驅車前往淤堵點進行核查清淤。 「連續多年的引洪補水,使縣域內退化的胡楊林得到修復,天然幼林面積增加近5萬畝,地下水位總體上升0.11米。」強利民介紹,2016年至今,縣裡修建了200餘公裡的引洪渠,累計清淤398公裡,協調生態水6.89億立方米。今年,沙雅縣新建引洪渠24.5公裡,計劃引洪補水0.71億立方米,灌溉20萬畝胡楊林。 沙雅縣蔥鬱連綿的胡楊林,也為白尾地鴉、黑鸛、馬鹿等野生動物提供了棲息地,更因水美景美成為南疆新興旅遊目的地。網紅打卡地139胡楊秘境自駕公路上,掛著全國各地牌照的車輛川流不息。2024年,沙雅縣胡楊林景區接待遊客23.4萬人次,同比增長35.3%,今年「五一」假期接待遊客超16萬人次,生態「含綠量」正轉化為發展「含金量」。 今年,塔河流域全年計劃引洪補水6.52億立方米,將灌溉喀什地區、阿克蘇地區、和田地區、巴音郭楞蒙古自治州等多地的胡楊林區。這條沙漠前沿以水為盾、以綠為牆的生態防線建設,正成為「綠水青山就是金山銀山」理念在死亡之海邊緣的生動實踐。 石榴雲/新疆日報記者 康顥嚴
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