机器人基于对大西洋蛏子动态的洞察

大西洋蛏子高速地在海底土壤中挖洞只需要很少的能量。现在，对这种动物如何挖洞的详细了解已经导致了一种机器蛤的发展，它可以执行同样的技巧。

据该设备的开发者、麻省理工学院机械工程Robert N. Noyce职业发展助理教授Amos Winter介绍，该设备被称为“RoboClam”，可用于将自己挖到地下埋锚或摧毁水雷。

尽管有坚硬的外壳，大西洋蛏子(直蛤蚌)可以以每秒1厘米的速度在土壤中移动。更重要的是，这种动物可以只使用AA电池所含的能量挖掘0.5公里。温特说:“蛤蜊的诀窍是移动它的壳，以液化它身体周围的土壤，减少作用在它身上的阻力。”“这意味着，与在静态土壤中移动相比，它将外壳拉入土壤所需的力要小得多。”

为了开发一个可以执行同样的技巧的机器人，温特和他的联合开发者，麻省理工学院机械工程和应用数学教授Anette Hosoi需要了解蛤蜊的运动是如何导致土壤液化的，或变成流沙，在它的壳周围。现在，在一篇即将发表在杂志上的论文中生物灵感和仿生学，研究人员首次揭示了这一过程背后的机制，并描述了机器人如何模仿这一动作。

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当蛏子开始挖土时，它首先缩回壳，释放身体和周围土壤之间的压力。这导致土壤开始坍塌，在动物周围形成局部滑坡。随着蛤蜊不断收缩，减少自身的体积，它会把水吸进这片土壤里。水和沙粒混合，形成流态化的基质——流沙。

但时机至关重要。温特说，如果蛤蜊移动壳的速度太慢，沙粒就会在动物周围坍塌，而不会流化。然而，如果蛤蜊移动得太快，沙粒就没有足够的时间与流过的水混合，它们就会保持静止不动。“我们的数据显示，从能够流态化土壤到根本无法移动土壤颗粒，出现了一个非常突然的转变，”他说。

为了开发一种能以这种方式在自身周围产生流沙的低能量锚定系统，研究人员建造了一个机械木偶翻盖壳，由两部分组成，可以像手风琴一样一起移动或分开。这只伪蛤被连接到一根杆子上，杆子可以打开和关闭蛤壳，并将其上下推，产生和动物一样的收缩效果。

为了更容易在盐水中测试他们的RoboClam原型，研究人员使用了压缩空气系统来为贝壳的膨胀和收缩提供动力。温特的团队现在正在开发一个电子版本，这将使它与团队的赞助商蓝鳍机器人公司开发的水下机器人兼容，蓝鳍机器人公司是麻省理工学院的一个分支，总部位于马萨诸塞州昆西。

节能锚定

2006年，温特与细井一起开始为他的博士研究开发RoboClam。研究人员希望找到一种方法，在不消耗大量能源的情况下将自主水下航行器固定在海床或河床上。机器人车辆的电池电量有限，因此锚定系统消耗的任何能量都会减少设备的运行时间。

温特说:“你可能在水流中操作这些飞行器，并且需要它们静止不动——例如，监测生物状况，或用于军事目的。”“你不会希望飞行器为了停留在一个地方而不停地旋转螺旋桨，因为这只是浪费能量，所以如果你能在不消耗任何能量的情况下部署一个锚并保持你的位置就太好了。”

温特说，除了锚定水下航行器和引爆水雷，RoboClam还可以用来铺设水下电缆。铺设跨大西洋电缆的公司传统上使用一艘船沿着海底拖着一个雪橇，挖一个槽，铺设电缆，并将其覆盖。然而，当海水深度下降到10米或以下时，就变得太浅，船只无法通过。这意味着潜水员必须接管铺设和埋设电缆的工作，这既耗时又昂贵。温特说:“如果有这样一个系统，它可以紧紧抓住电缆，沿着它的方向工作，并自动把它挖到土壤中，那就太棒了。”

麻省理工学院

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