[星島綜合報道] 受液體滴狀表面張力的啟發，研究人員創造了一種可以即時調整形狀的輪子，能輕鬆應對不平坦的地面和高障礙物，為開發能夠更好地穿越崎嶇地形的輪椅或移動機械人開闢了新的可能性。
輪子作為汽車、卡車和單車的基本組成部分，但當涉及到輪椅時，輪子在穿越不平坦地面或有障礙物便出現問題，這代表使用輪椅的人大多被限制在「平坦道路」上，同樣的情況也適用於移動機械人。
如今，一組韓國研究人員幾乎可以說是「重新發明了輪子」，他們開發了一種可調整形狀的輪子，能夠即時改變形狀以克服地面的障礙，從而允許在崎嶇不平的道路上行駛。
說「重新發明輪子」可能有些誇張。幾年前，輪胎巨頭韓泰輪胎（Hankook）與首爾國立大學和哈佛大學合作，開發了受摺紙啟發的變形輪子。在那之前很多年，研究生Ackeem Ngwenya開發了他的「無路」輪胎系統，其輪胎胎面可通過旋轉螺絲從窄調整到寬。其間，NASA還為其探測車開發了由鎳鈦合金製成的輪胎，這種輪胎可以變形至與車軸貼合，然後恢復到原來的形狀。
不平或障礙物較多的地面所帶來的問題可以通過履帶式運動系統(track-based locomotion system)來解決，這是一種專門設計的機制，可以增加輪子的接地面積。然而，履帶系統速度相對較低，並且由於系統與地面之間的高摩擦力，會消耗更多的能量。
使用無氣輪胎（非充氣輪胎）穿越惡劣地形提供了一個優勢，主要是因為它們耐刺穿、耐漏氣和耐爆胎。但其硬度代表它們在克服障礙物，尤其是高障礙物時表現不佳，因為它們較難變形或適應行駛地面。
因此，受液滴表面張力的啟發，科學家們創造了一種可變剛度的輪胎，能夠在保持普通輪胎在平坦地面上行駛優勢的同時，克服崎嶇地形和障礙物。液體的表面張力是由分子間吸引力或內聚力的不平衡引起的。液體中的分子在所有方向上都會與其他分子產生內聚力，而液體表面的分子則僅承受內聚力的凈內向力。在液滴中，隨着表面分子內聚力的增加，拉動液體分子向內的凈力也會增加，導致液滴恢復到圓形狀態。
這種變形輪胎的關鍵組成部分是其「智能鏈結構」(smart chain structure)，由圍繞輪子外部的鏈塊組成，這些鏈塊通過鋼絲輻條連接到中心輪轂的兩側。通過改變輪轂兩側之間的間隙，研究人員可以改變輻條的長度，從而改變外部鏈塊的形狀。增加輪轂間隙會縮短輻條，迫使鏈塊向內收縮，形成圓形輪胎以便快速行駛。減小間隙則會拉長鋼絲輻條，使鏈塊鬆開，從而變形並克服遇到的障礙物。
研究人員在一個兩輪輪椅和一個四輪車輛上測試了這種可調整輪子，發現每個輪子都能適應並駛過比輪子半徑高1.2倍的大階梯和形狀不規則的岩石。上面的視頻展示了這個重達120公斤（265磅）的兩輪輪椅系統如何輕鬆穿過不平坦的草地——儘管輪椅的極端前傾確實讓人擔心最終使用者的安全性。研究人員尚未提供四輪車輛運行的視頻，但下面有圖片。
研究人員指出，灰塵和顆粒進入智能鏈塊之間的區域並對輪胎造成損壞，因此他們正在努力在未來的版本中增加一個輪胎保護罩結構。他們對這種可調整輪胎的潛力寄予厚望。
「這項研究展示了在實際輪胎規模下的即時剛度變化，這表明在輪式機械人和運輸系統中有更廣泛的應用潛力，能夠在崎嶇地形上進行高效駕駛，」研究人員表示。
圖片：Lee et al.
T10
