佐治亚理工学院的工程师们通过研究一种比人类头发还细、会跳跃的纤细寄生虫，开发出了一种能够前后跳跃的软体机器人。

受一种微小寄生虫跳跃动作的启发，佐治亚理工学院的工程师们开发出了一种 5 英寸高的软体机器人，它能跳到和篮球筐一样高。

这款机器人由硅胶杆和碳纤维脊柱制成，虽没有腿，但跳跃高度能达到 10 英尺。其设计灵感来源于对蠕虫的高速视频记录，视频显示，蠕虫是如何将身体收缩成不同形状来推动自己前进或后退的。

他们的研究成果最近发表在《科学·机器人学》杂志上。据研究人员称，他们的研究有助于推进能够跳跃不同高度并在多个方向上灵活移动的机器人系统的研发。

了解线虫跳跃机制

“线虫是令人惊叹的生物，它们的身体比人的一根头发还要细，”本文的主要作者、化学和生物分子工程学院（ChBE）的博士后研究员桑尼·库马尔说。“它们没有腿，却能够跳起高达自身体长20倍的高度。这相当于我躺下，然后不知怎么地就跳上了一栋三层楼高的建筑。”

线虫，又称圆虫，是地球上数量最多的生物之一。它们生活在环境中以及人类、昆虫和动物的体内。它们会使宿主生病，但有时也有益处。例如，农民和园丁会利用线虫来消灭入侵的昆虫、保护植物，而不是使用杀虫剂。

它们在进入宿主体内前，会先附着在上面，方式之一就是跳跃。维克托·奥尔特加·吉梅内斯曾是美国佐治亚理工学院的研究科学家，现为加州大学伯克利分校的教职工，他用高速摄像机观察了这些生物根据想要到达的位置将身体弯曲成不同形状的过程。

通过身体形态控制方向的物理学原理

线虫向后跳跃时，会将头部朝上，同时收紧身体中点以形成弯曲。这一形状类似于人的下蹲姿势。然后，虫子利用扭曲形状中储存的能量向后翻滚，就像体操运动员做后空翻一样。

为了向前跳跃，蚯蚓会把头部指向正前方，在身体的另一端形成一个弯曲，高高地指向空中。这个姿势就像是一个人准备立定跳远。但蚯蚓不是径直地跳过去，而是把自己弹射出去。

库马尔说：“改变重心能让这些生物控制跳跃的方向。我们不知道在这个微小的尺度下，还有其他什么生物能以同样的高度向两个方向高效跳跃。”

尽管他们的身体几乎要扭曲打结，但他们仍在坚持。

“弯曲通常是决定性因素，”化学与生物工程系博士后研究员伊尚特·蒂瓦里（Ishant Tiwari）说，他也是该研究的主要合著者。“弯曲的血管会导致中风。弯曲的吸管毫无用处。弯曲的水管会切断水流。但弯曲的线虫会储存能量，这些能量会帮助它们在空中推进。”

跳跃机器人的制造与测试

在观看这些线虫跳跃的视频后，研究小组创建了这种跳跃线虫的模拟动画。然后，他们制造了软体机器人来模仿这些跳跃虫的行为，之后用碳纤维对其进行加固以提高跳跃速度

库马尔和蒂瓦里在副教授萨阿德·巴姆拉的实验室工作。他们与奥尔特加·金梅内斯和加州大学河滨分校的研究人员合作完成了这个项目。

研究小组发现，这些扭结使线虫每次跳跃都能储存更多的能量。它们会在十分之一毫秒内迅速释放能量，完成跳跃，并且这种结构足够坚固，可以多次重复该过程。

研究表明，工程师们可以创造出由碳纤维或其他材料制成的简单弹性系统，这些系统能够承受并利用扭结在各种地形上跳跃。

库马尔说：“最近，一个跳跃机器人被送上月球，我们还在研发其他跳跃机器人，以帮助完成搜救任务，在这些任务中，机器人必须穿越不可预测的地形和障碍。”“我们实验室继续探索生物利用其独特身体完成有趣任务的有趣方式，然后打造机器人来模仿它们。”

参考文献：《可逆扭结不稳定性驱动线虫和软体机器人的超快速跳跃》，作者：桑尼·库马尔、伊尚特·蒂瓦里、维克多·M·奥尔特加-吉门内斯、阿德勒·R·迪尔曼、何东晶、胡宇航和萨阿德·巴姆拉，发表于2025年4月23日，《科学·机器人学》。数字对象唯一标识符：10.1126/scirobotics.adq3121

本研究由国家卫生研究院（项目编号：R35GM142588和R35GM137934）以及美国国家科学基金会（项目编号：PHY-2310691和CMMI-2218382）提供支持。

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