一种用于未来地下探索的新型仿生蚯蚓机器人

位于热那亚的 Istituto Italiano di Tecnologia(IIT-意大利理工学院)的研究人员已经实现了一种受蚯蚓生物学启发的新型软体机器人，由于可以伸长的软执行器，它能够爬行或挤压，当空气通过它们或被抽出时。该原型已在国际期刊《自然组合科学报告》中进行了描述，它是开发地下探索设备、密闭空间搜索和救援行动以及其他行星探索设备的起点。

大自然提供了许多动物的例子，例如蛇、蚯蚓、蜗牛和毛毛虫，它们利用身体的柔韧性和沿着身体长度产生物理行波的能力来移动和探索不同的环境。它们的一些运动也类似于植物的根。

从大自然中汲取灵感，同时在开发新技术的同时揭示新的生物现象是芭芭拉·马佐莱 (Barbara Mazzolai) 协调的 BioInspired Soft 机器人实验室的主要目标，而这个类似蚯蚓的机器人是她团队的最新发明。

通过对蚯蚓运动力学的透彻理解和应用，使得类蚯蚓机器人的创造成为可能。它们利用肌肉层的交替收缩，通过产生逆行蠕动波在土壤表面下方和上方推动自己。他们身体的各个部分(元节)有特定数量的液体，可以控制内部压力以施加力量，并执行独立的、局部的和可变的运动模式。

IIT 研究人员研究了蚯蚓的形态，并找到了一种方法来通过创建软机器人解决方案来模仿它们的肌肉运动、恒定体积的体腔室以及它们的刚毛状毛发(刚毛)的功能。

该团队开发了一种蠕动软致动器(PSA)，可以实现蚯蚓的拮抗肌肉运动;从中间位置开始，当空气被泵入时它会伸长，当空气被抽出时它会压缩。机器蚯蚓的整个身体由五个PSA模块串联而成，并通过互连连接。目前的原型机长 45 厘米，重 605 克。

每个致动器都有一个弹性皮肤，它封装了已知量的液体，从而模拟了蚯蚓体内恒定体积的体腔液体。蚯蚓节段在纵向上变得更短，在圆周上更宽，并且随着单个恒定体积腔室的纵向肌肉收缩而施加径向力。拮抗地，随着周围肌肉的收缩，该节段沿前后轴变长，沿周向变薄，导致沿轴的穿透力。

每个致动器在 1 bar 正压下的最大伸长为 10.97mm，在 0.5 bar 负压下的最大压缩为 11.13mm，其独特之处在于能够在单个致动器模块中产生纵向和径向力。

为了在平面上推动机器人，受蚯蚓刚毛启发的小型被动摩擦垫被连接到机器人的腹面。该机器人以 1.35 毫米/秒的速度展示了改进的运动能力。

这项研究不仅提出了一种开发蠕动类蚯蚓软体机器人的新方法，而且从不同环境中的生物启发角度提供了对运动的更深入理解。这项技术的潜在应用是巨大的，包括地下勘探、挖掘、地下环境中的搜索和救援行动以及对其他行星的探索。这种受生物启发的挖洞软体机器人是软体机器人领域向前迈出的重要一步，为未来的进一步发展打开了大门。

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