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“零压力差”吸盘,爬壁机器人牢牢黏住墙

2020/4/7 19:35:06

浙江大学的研究人员发明了一种新的真空吸力装置爬墙机器人穿越任何表面。

虽然已经有动力吸盘装置允许人们或机器人爬墙,但它们只能在光滑的表面上工作。传统的真空吸力装置由于真空泄漏而在粗糙或变形的表面失效。我国研究人员已经开发出了一种通过旋转水粘附在粗糙表面上的系统。新的吸力方法旨在解决这个问题。这种技术被称为“零压力差”(ZPD)。这项研究是出版本月早些时候发表在科学杂志《流体物理学》上。

“为了消除真空区边界的压差,边界处的压力必须等于大气压,而在真空区保持高真空,”由李昕和史凯歌带领的一个浙江大学研究团队在他们的研究论文中写道。因此,科学家们希翼在吸盘的边界线附近建立一个稳定的压力梯度。由于在新系统中消除了这种差异,所以无论表面如何纹理化,都不会发生此类泄漏。而且,与传统系统相比,ZPD所需要的额外功能是维持给定吸力所需的动力要少得多。整个单元也比传统模型更小,更轻。
如下图所示,他们的ZPD方法使用真空区外部的一层旋转水来产生压力梯度。在水层内部,有一个很高的真空。压力呈径向增加,达到与水层外大气压力相同的水平。由于边界没有压差,真空泄漏的第二个条件就被打破了。

研究人员设计了一个新的吸盘,考虑到他们的零压差法,调整器和抽吸单元都是3D打印的。类似于其他吸入单元,一个腈泡沫橡胶环嵌入在腔的外部外围。电机驱动的风扇安装在房间里。一个微型真空泵被用来疏散最初的空气,在室内形成一个真空区.水库里的水是由外部水源供应的。
“与其他攀爬机器人相比,带有大家基于ZPD的吸盘单元的机器人在性能上实现了令人惊讶的提升,”李昕说道。“这项研究的下一步是减少水的消耗。如果可以减少水的消耗,则吸盘装置将在少量水的情况下工作很长时间,以便攀岩机器人可以自己携带水而不是连接到电源。”
为了让新一代爬壁机器人茁壮成长,像史和李这样的研究人员必须找到一种方法,让机器人将任何必要的水储存在仪器内,而不是将机器与供水系统连接起来。这在商业上是否可行尚不清楚。但就目前而言,科学是坚持的,继续研究下去肯定会有成果。


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