一跳三十多米！超級跳躍機器人背後的秘訣是什麼

這個微型機器人重量不到一個網球。 而且能跳得比世界上任何東西都高。 在跳躍機器人競爭激烈的領域中， 之前的紀錄是3.7米， 足以跳過一棟一層樓高的建築。 這件跳躍裝可達31米。 高於十層樓的大樓。 它可以跳得遠遠的 從自由女神像的腳部到眼睛水平處。 要被視為一次跳躍， 它必須滿足兩個標準。 首先，必須通過蹬地來產生運動， 所以一架四軸飛行器不算。 因為它把空氣推開了。 其次，質量不能消失。 因此，火箭持續噴出燃燒過的燃料並不是在跳躍。 而且從弓上射出的箭也是如此。 箭在弦上，不得不發。 要算作一次跳躍。 許多動物會跳躍， 從跳蚤到蚱蜢，再到袋鼠， 並將身體拋向空中 憑著一記肌肉的揮動。 那一擊所傳遞的能量量 決定跳躍高度， 所以如果你想跳得更高， 你必須最大化肌肉的力量。 動物界中最出色的跳躍者 是galago，又稱 bush baby。 因為他們整個肌肉量的30% 致力於跳躍。 這讓體型如松鼠般的靈長類動物得以實現 從靜止狀態跳過兩米。 它有，你知道的，非常短小的手臂和上半身， 而且它只有一對巨大的彈跳腿。 它並沒有更強壯的肌肉之類的， 它只是有更多的而已。 有一些巧妙的跳躍玩具。 我有這種感覺。 哦！ 我小時候常玩這些啪嗒彈珠。 當你壓扁一個啪噠聲玩具時， 你將能量儲存在其變形的形狀中。 實際上，它變成了一個彈簧。 然後，就像一隻動物一樣， 一擊之下，對地面施加了巨大的力量， 猛然躍入空中。 所有彈性跳躍裝置都遵循同一原理 儲存能量於彈簧中 並在單一動作中釋放那股能量，一躍而起。 但我們有的那些跳躍玩具都沒有 可以與這個微型機器人相比。 在我曾經試拍過的所有事物中， 這是最具挑戰性的。 由於體積如此微小，它能迅速加速， 每次跳跃都會前進極遠的距離。 每次起飛都快得我們還來不及反應。 現在，跳躍聽起來可能像是一項小眾技能， 但經過設計的跳躍裝備將會完美無缺 為了探索其他世界， 特別是在大氣稀薄或完全不存在的地方。 在月球上，重力為地球的六分之一。 這個機器人能夠跳躍高達125公尺。 再往前半公里。 探測車在陡峭的懸崖和深邃的隕石坑面前可能會遇到困難， 但跳傘者可以自由地跳上跳下。 取得樣本帶回探測車。 而且跳躍時不會損失太多能量， 所以如果你能儲存動能 春天著陸時 效率可能接近完美。 團隊已經開始建造了 一整支跳躍機器人艦隊。 其中一些在著陸後能夠自行翻正過來。 這樣他們就能立刻再次起飛了。 其他則具備可操控性。 他們有三條可調節的腿 讓跳躍者能夠向任何方向起跳。 本質上，我們所做的就是增加了 另外三個不儲存能量的腿， 而是讓它形成類似三腳架的結構 使其能夠指向某一方向 並朝那個方向發射。 但這跳躍機制是如何運作的呢？ 好的，主要結構由四個部分組成。 碳纖維由彈性橡皮筋束合而成。 它們共同創造出一股春泉 儲存跳躍所需全部能量的裝置。 機器人頂部有一個小型馬達。 一條繩子纏繞在軸上 連接到機器人的底部。 因此，當馬達啟動時， 它旋緊繩子，壓縮機器人。 這會將能量儲存在碳纖維和橡皮筋中。 大約一分半鐘後， 結構達到最大壓縮。 你怎麼知道何時該放下呢？ 基本上，一旦底部向內凸出 而且它能夠站起來， 現在它會翻滾過來。 對posal 然後你把它放下了。 明白了。 所以一有機會就立刻。 在這個時刻，一個觸發裝置釋放了鎖扣 那是將繩子固定在軸上的部分。 因此，所有的弦同時一下子展開 彈簧中儲存的能量被釋放出來。 跳躍者從靜止狀態開始 每小時一百公里以上 僅僅九毫秒。 這會產生超過300G的加速度。 這足以殺死幾乎任何生物。 小心，小心，小心。 但它怎麼能跳得比其他東西高這麼多呢？ 幾乎是前一紀錄保持者的十倍高。 這件套頭衫有三個特殊設計特色。 首先，這款跳繩的重量極輕，僅有30克。 它通過採用 一個微型馬達和電池。 加上其完整的結構 由輕質碳纖維和橡膠製成 同時作為彈簧使用。 每單位質量的天然乳膠橡膠可儲存更多能量 幾乎比任何其他彈性材料都更優異， 每公斤7,000焦耳。 而其彈簧的設計使其非常適合此用途。 一開始，他們試圖只使用橡皮筋 連接至鉸接的鋁合金桿。 但採用此設計，在壓縮時 力量達到峰值後便開始下降。 感覺就像是突然之間 拉起來容易多了。 另一種僅使用碳纖維條的設計 啟動時需要很大的力量 然後從那之後呈線性增加。 越來越多。 需要越來越大的力量才能做到這件事。 最終的設計是這兩種方法的混合(Integration)。 其優勢在於其作用力曲線幾乎是平坦的。 在整個壓縮範圍內。 感覺那需要很大的力量。 現在感覺相當穩定 我需要施加的力量大小。 因此，它提供了兩倍的儲能能力 一個典型的春天。 當力與位移成正比時。 研究人員主張， 這是史上效率最高的彈簧。 有時繩子會斷掉。 它並非總是能穩定釋放 應該的時候。 哦，那根弦斷了。 讓我走，讓我走，重新繫上它。 你可能會預期較輕的 加上一件運動外套會更好。 尤其是當增加的重量僅僅是無用的負重時 而不是像彈簧或馬達之類實用的東西。 所以我們基本上是往跳躍者上加了一塊鋼鐵。 而且它會跳得更高。 關鍵在於我們是把它加在頂部。 你想要的是你的身體，那個正在移動的部分 重量至少要和腳一樣重。 當你的身體變得更輕時， 基本上就是這場碰撞， 這種能量轉移非常低效 而且你跳得不高。 但這件套頭衫真正的秘密在於如何 可以達到如此高度 透過研究人員所稱的某種方式 乘法運算 與動物不同， 只能依靠肌肉單一收縮來跳躍。 一個設計好的跳躍裝置可以儲存能量 從許多筆畫來看， 或者在這種情況下，是馬達的多次旋轉。 這就是馬達能做這麼小的原因。 它不必一次性釋放全部能量。 它會在幾分鐘內逐漸增加。 因此，這種權衡有點像是以時間換取能量。 完全正確。 這是因為下方有一個處於張力狀態的鎖扣。 防止弹簧鬆開 直到機器人完全被壓縮為止。 有趣的是，生物體確實會使用鎖存器。 例如，沙蚤， 可以跳得比其身體尺寸高得多。 它有一塊肌肉，就說這裡連接著， 正好位於轉動點內部。 因此當那塊肌肉收縮時， 腿沒有伸直，對吧？ 實際上是在把它關得更緊。 但接著它有一塊第二塊肌肉將其拉出。 它會讓這塊肌肉微微移動一下 樞軸點之外。 那也太瘋狂了。 所以有兩塊肌肉在協同工作。 所以，這就是你強大的肌肉。 這是你的啟動肌。 這是一種扭力反轉機構。 然後突然間它射了出去。 但即使生物世界擁有鎖定機制， 沒有生物發展出工作倍增的能力 從靜止狀態起跳時， 至少在內心深處不是這樣。 觀察到蜘蛛猴曾拉回一根枝條 一隻手接一隻手，使用多種肌肉動作 儲存在枝條的彎曲處 將自己向前拋射出去。 有一隻蜘蛛會射出絲線， 他們多次將其拉回 為了利用引力彈弓效應前往另一個地點。 所以它就像用彈弓把自己彈出去一樣？ 是的，他們稱它為彈弓蜘蛛。 現在我試著穿著月球靴跳躍。 看看他們是否能幫我爬得更高。 好的。 而且他們確實給人這種感覺。 但艾略特指出，從靜止狀態開始時， 他們實際上幫助不大。 建造它，建造它，建造它，然後出發。 只有在你跳幾下之後 你可以儲存一些之前跳躍的能量嗎 在橡皮筋上。 然後那股能量會幫助你跳得更高 在接下來的跳躍中。 多年來，人工跳躍技術不斷發展。 模擬生物的跳躍， 但透過工作倍增，它獲得了優勢。 如果你能產生一股巨大的能量衝擊 僅僅長時間運行馬達而已， 馬達的功率已不再是限制因素。 春天是。 因此你可以專注於製作 最強大的彈簧。 這件套頭衫幾乎已達到極致 使用此弹簧所能達到的高度。 假設馬達的重量無限輕 有無限的時間來準備 使用此壓縮彈簧所能達到的最高跳躍高度 僅比他們已達成的數值高出約19%。 如果你想考慮空氣阻力 並玩弄空氣動力學， 另一種讓跳躍者跳得更高的方法 使其等比例放大十倍。 導致跳躍高度提高15%至20%。 因此，我們處於一種中間規模的狀態 我們仍然受到空氣阻力的影響， 但它沒有跳蚤那麼糟糕。 如果我們放大十倍， 我們實際上完全可以完全避免空氣阻力。 這之所以有效，是因為如果跳躍者 所有邊長均放大十倍。 橫截面積增加100， 這會增加阻力。 但跳傘者的質量增加了1,000。 因此它的慣性大得多。 意思是阻力對它的影響較小。 工作乘數的整個概念 可以將機器人帶到一個全新的境界。 目前，馬達和機器人必須相對小型化。 因此它們保持便攜。 但建立能量的簡單原理 隨著馬達運轉多圈而隨時間變化的狀況 容許機器人儲存 然後釋放大量能量 並在過程中創下了幾項世界紀錄。