韓國研究團隊推變形輪子可適應地形克服障礙

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人類發明了輪子,大幅推動了交通與文明,不過輪子有個最大的問題,就是在崎嶇地形的使用受限,別說爬樓梯,就是有顆太大的石頭,就能卡住輪子,為了提升輪子的越野能力,過去的想法是輪子做大一點,或是從避震器著手讓輪子可上下位移多一點,韓國機械與材料研究院(Korea Institute of Machinery and Materials,KIMM) 的想法則是:輪子可以變形不就好了?

最早的輪子沒有任何緩衝能力,在稍微顛簸的道路上行駛也會震到乘客骨頭都散了,到了固特異發明硫化橡膠,使得橡膠的化學特性穩定下來,能廣泛用於包覆輪子,才稍微好一點,但是要是行駛快一點,也是會震到屁股開花,要到登祿普發明現在主流的充氣輪胎,才讓高速行駛變成可能


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其實充氣輪胎就是最早的變形輪子的想法,因為空氣的可壓縮性,使得充氣輪胎開上障礙物可以變形的幅度遠遠大於實心橡膠,所以能克服道路上的顛簸,只是充氣輪胎變形的幅度跟充氣氣壓有關,充氣充到很飽,內部氣壓大,變形的能力就較差,要是輪胎沒氣,變形能力比較好,可是也會使得行駛摩擦力變得很大開不快,太過沒氣還會輪框直接著地而震動更嚴重。

要進一步提升輪胎的變形力,反過來又要回到非充氣輪胎的想法,最早的非充氣輪胎是太空計畫月面車的輪胎,主要是應付太空中輪胎破了可沒辦法處理,需要永遠不會爆胎洩氣的輪胎。如今已經有許多種非充氣輪胎,大多是以各種橡膠支架結構來取代充氣內胎的功能。

可應用在運輸高敏感、不能震動的設備或物料

韓國機械與材料研究院的變形輪胎,基本構造也是如此,變形的要點在於,以感測器偵測地面障礙,隨之調整支橡膠支架結構的軟硬度,以此來讓輪胎因應地面形狀來變形,這樣一來,平地上是圓形輪胎可快速移動,遇上障礙地形就變形適應,不但可以在崎嶇地形如履平地,甚至還能爬樓梯。

研究團隊可讓搭載變形輪胎的輪椅載著假人,爬上高 18 公分的樓梯,而目前變形輪胎裝置最快前進速度達時速 30 公里,研究團隊的目標是未來可以達到時速 100 公里。

這樣的變形輪胎,可以應用在運輸高敏感、不能震動的設備或物料,也可用於機器人的移動,目前機器人要在障礙地形移動多採用機器腿,一方面要相當的科技才能讓機器腿的機器人平衡走得快,一方面用腿走路無法避免上下震動,改用變形輪子,製作機器人的技術門檻可下降,而移動上也更平穩。

充氣輪胎發明後很快就成為主流,當年登祿普用來做為腳踏車輪胎,在腳踏車比賽中因為顛簸度遠少於實心輪胎,輕鬆大獲全勝,不過未來可能非充氣輪胎扳回一城,在感測器與可變形技術的加持下,在障礙地形反倒是比充氣輪胎更健步如飛了。

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(首圖來源:KIMM)