[星岛综合报道] 受液体滴状表面张力的启发，研究人员创造了一种可以即时调整形状的轮子，能轻松应对不平坦的地面和高障碍物，为开发能够更好地穿越崎岖地形的轮椅或移动机械人开辟了新的可能性。
轮子作为汽车、卡车和单车的基本组成部分，但当涉及到轮椅时，轮子在穿越不平坦地面或有障碍物便出现问题，这代表使用轮椅的人大多被限制在“平坦道路”上，同样的情况也适用于移动机械人。
如今，一组韩国研究人员几乎可以说是“重新发明了轮子”，他们开发了一种可调整形状的轮子，能够即时改变形状以克服地面的障碍，从而允许在崎岖不平的道路上行驶。
说“重新发明轮子”可能有些夸张。几年前，轮胎巨头韩泰轮胎（Hankook）与首尔国立大学和哈佛大学合作，开发了受折纸启发的变形轮子。在那之前很多年，研究生Ackeem Ngwenya开发了他的“无路”轮胎系统，其轮胎胎面可通过旋转螺丝从窄调整到宽。其间，NASA还为其探测车开发了由镍钛合金制成的轮胎，这种轮胎可以变形至与车轴贴合，然后恢复到原来的形状。
不平或障碍物较多的地面所带来的问题可以通过履带式运动系统(track-based locomotion system)来解决，这是一种专门设计的机制，可以增加轮子的接地面积。然而，履带系统速度相对较低，并且由于系统与地面之间的高摩擦力，会消耗更多的能量。
使用无气轮胎（非充气轮胎）穿越恶劣地形提供了一个优势，主要是因为它们耐刺穿、耐漏气和耐爆胎。但其硬度代表它们在克服障碍物，尤其是高障碍物时表现不佳，因为它们较难变形或适应行驶地面。
因此，受液滴表面张力的启发，科学家们创造了一种可变刚度的轮胎，能够在保持普通轮胎在平坦地面上行驶优势的同时，克服崎岖地形和障碍物。液体的表面张力是由分子间吸引力或内聚力的不平衡引起的。液体中的分子在所有方向上都会与其他分子产生内聚力，而液体表面的分子则仅承受内聚力的净内向力。在液滴中，随着表面分子内聚力的增加，拉动液体分子向内的净力也会增加，导致液滴恢复到圆形状态。
这种变形轮胎的关键组成部分是其“智能链结构”(smart chain structure)，由围绕轮子外部的链块组成，这些链块通过钢丝辐条连接到中心轮毂的两侧。通过改变轮毂两侧之间的间隙，研究人员可以改变辐条的长度，从而改变外部链块的形状。增加轮毂间隙会缩短辐条，迫使链块向内收缩，形成圆形轮胎以便快速行驶。减小间隙则会拉长钢丝辐条，使链块松开，从而变形并克服遇到的障碍物。
研究人员在一个两轮轮椅和一个四轮车辆上测试了这种可调整轮子，发现每个轮子都能适应并驶过比轮子半径高1.2倍的大阶梯和形状不规则的岩石。上面的视频展示了这个重达120公斤（265磅）的两轮轮椅系统如何轻松穿过不平坦的草地——尽管轮椅的极端前倾确实让人担心最终使用者的安全性。研究人员尚未提供四轮车辆运行的视频，但下面有图片。
研究人员指出，灰尘和颗粒进入智能链块之间的区域并对轮胎造成损坏，因此他们正在努力在未来的版本中增加一个轮胎保护罩结构。他们对这种可调整轮胎的潜力寄予厚望。
“这项研究展示了在实际轮胎规模下的即时刚度变化，这表明在轮式机械人和运输系统中有更广泛的应用潜力，能够在崎岖地形上进行高效驾驶，”研究人员表示。
图片：Lee et al.
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