仿生水黾机器人的弹跳运动探究作者：刘欣沅来源：《科技创新与应用》2016pvc电线槽
年第02期 摘 要：水黾是一种能栖息于静水面上的小型水生昆虫，由于水黾的腿能排开远大于其身体体积的水量，它具有惊人的浮力，同时由于其腿部的疏水性质，也受到可观的表面张力作用。利用这一原理，科学家也研制了各种仿生水黾机器人，仿生水黾机器人对自然科学与军事侦察有很大的作用。文章首先研究了仿水黾机器人疏水腿部在水面上的静力学平衡过程，然后探究了仿生水黾机器人的弹跳运动，通过理论分析得到最佳的弹射角度。座椅调节器
关键词：仿生学；水上行走机器人；弹跳分析
1 概述
在现今的社会中，机器人是一个很热门的话题，它们在社会、工业、科技、军事等领域发挥了不可小觑的作用，为人类的发展做出了突出贡献。在这众多的机器人当中，有一类机器人显得有些与众不同，这就是仿生机器人。仿生，顾名思义，模仿自然生物，人类通过模
仿自然界里的成功生物，制造出可以执行特殊任务的机器人。而文章将要探讨的是一种水上仿生机器人——仿生水黾机器人。
探空气球 水黾在湖里很常见，北京俗称“香油虫”，它们的三对肢体上长有无数细小的防水毛，形成了一层疏水层，从而能利用水的表面张力“被兜”在水面上，而后利用肢体滑动以达到前进或转向的目的。仿生水黾机器人的原理与水黾类似，都是采用超疏水材料实现对表面张力利用，这些机器人的特性使其可以在恶劣水面上长时间停留，更不易被发现，因此，在军事侦察监控方面也有着不可估量的用途。
近些年来，国内外科研工作者对仿生水黾机器人展开了一系列的研究，并取得了一定的成果。美国麻省理工学院的约翰·布什教授及其两名学生通过利用高速摄影机及染微粒，经过多次实验，揭示了水黾在水面运动的机理。当水黾利用其多毛的长足在水面滑动时，长足在水面会形成微小漩涡，这些微小漩涡会提供一定的作用力，这也证明水黾不是仅靠水面张力的作用在水面快速运动的。日本工业大学工学部高信英明研究小组也对水黾的运动方式进行了研究。研究表明，水黾的运动方式主要分为两种：“滑行移动”和“跳跃移动”。滑行移动时，水黾重心高度基本不变，靠肢体滑动进行移动；而跳跃移动时，水黾的
重心轨迹会呈现出抛物线的图像，落地时则通过改变体态以实现稳定着陆。此外，卡内基梅隆大学的迈汀开关柜触头测温·斯廷教授、麻省理工学院的约翰摩托车消音器·布什教授、哥伦比亚大学的戈德教授、日本工业大学工学部高信英明研究小组以及河北工业大学高铁红教授均利用疏水材料或浮力材料设计制作出了水黾机器人。
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