如何製作超便宜微型氣動夾?

更新 發佈閱讀 5 分鐘
圖片作者:NotebookLM

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你有沒有注意過:當蜘蛛死掉的時候,腳總是彎起來,讓自己縮成一球?


大部分的人可能會覺得那是「乾掉」了,或者單純覺得看起來很恐怖就掃掉了。但對於一群來自萊斯大學(Rice University)的機械工程師來說,這個縮成一團的現象,其實隱藏著大自然最精妙的機械設計圖 。


今天就來解密這個冷知識,以及科學家如何利用它發明了「死物機器人」(Necrobotics)。


為什麼死蜘蛛總是縮成一團?


要回答這個問題,我們得先看看蜘蛛的腿是怎麼動的。


人類的肢體運動是靠「肌肉對抗」。例如想動手臂,我們有二頭肌負責把手臂彎起來,也有三頭肌負責把手臂伸直。但蜘蛛不一樣,牠們的腿部只有「收縮」肌肉,沒有「伸展」肌肉。


是的,你沒看錯,蜘蛛的腿上只有負責往內縮的「屈肌」 (flexor muscles) ,卻沒有可以把腿踢出去的肌肉。


那牠們怎麼走路呢?答案是:「液壓」(Hydraulic pressure)!


活著的蜘蛛會利用頭胸部的血壓變化,像灌水球或是液壓千斤頂一樣,把體液「打」進腿裡,然後腿就伸直了 。


所以,當蜘蛛死亡時,心臟停止跳動,體內的液壓消失了。這時候,腿部屈肌失去了液壓的對抗,原本的彈性張力就會自動把腿拉回來。於是死蜘蛛就變成我們常見的「一球」狀態了 。


科學家的腦洞:這就是完美的氣動夾啊!


一般人(如你我)看到死蜘蛛想的是「掃把在哪?」,但這群科學家想的是:「等一下,這不就是一個預設關閉(Normally Closed)的氣動夾嗎?」


製造微型機器人的零件通常很難搞,要模具、要3D列印、還要組裝複雜的微小氣囊。科學家心想:大自然已經演化了幾百萬年,幫我們做好了完美的液壓腿,還有堅硬的外骨骼當盔甲,我們幹嘛不直接拿來用? 


於是,一個全新的領域——Necrobotics(死物機器人學) 誕生了 。


製作教學:如何把死蜘蛛變成夾子

根據這篇發表在《Advanced Science》的論文,要把死蜘蛛變成氣動夾子,步驟簡單到令人髮指,只需要約 10 分鐘 :


首先,你需要一隻剛安樂死的狼蛛(Wolf Spider)(不知道臺灣的「拉牙」能不能用)。


接著,拿一根細針頭,直接插進蜘蛛的頭胸部(也就是牠產生液壓的地方)。


然後,用膠水把針頭周圍封死,確保不會漏氣 。


最後把注射筒接上,就可以開始「玩」這個微型氣動夾了。


打氣讓空氣進入蜘蛛體內,腿部伸直/夾子打開;

抽氣讓壓力消失,腿部回彈蜷曲(夾子抓緊)。


這個「屍體夾」好用嗎?

研究團隊發現,這個微型氣動夾出乎意料地強大!雖然是用空氣驅動(而非原本的體液),但它可以抓起比自己重1.3 倍 的物體;

而且,因為蜘蛛腿有關節且末端有細毛,所以這個夾子可以做很精細的動作,例如拔掉電路板上的電線,甚至抓起另一隻形狀不規則的死蜘蛛 。


最後,因為這個夾子本身就是生物材料,壞了直接丟在土裡就會自然分解,完全不製造電子垃圾~超環保! 


當然,它也還是有缺點的。因為是屍體,它會「乾掉」。他們發現大約兩天後,關節膜就會因為脫水變脆而斷裂。不過研究團隊發現,只要塗上一層蜂蠟保濕,就能延長它的使用壽命 。


下次如果你在窗台看到捲曲的死蜘蛛,不妨多看兩眼。在你眼前的,不只是一個逝去的小生命,更是一個大自然精密的液壓工程奇蹟——只要插上一根針,它就能再次「動」起來。雖然聽起來有點獵奇,但這或許就是科學最迷人(也最古怪)的地方吧!


參考文獻:

T. F. Yap, Z. Liu, A. Rajappan, T. J. Shimokusu, D. J. Preston, Necrobotics: Biotic materials as ready-to-use actuators. Adv. Sci. 9, e2201174 (2022).


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主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
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