尖端伸展型机器人锚的 terradynamics 与设计
机器人学
2025-11-17 v1 软凝聚态物质
摘要
大多数人造桩需要比拔出时更大的力才能压入地面，这要求使用相对沉重的设备进行插入，在难以到达的场所（包括外星场所）进行锚定具有挑战性。相比之下，树根的外部反力在拔出时远大于插入所需力——仅靠种子的重量即可启动插入。这是部分由于根系插入地面的机制：尖端伸展。已有概念性机器人原型表明该机制具有优势，但对其内在细胞力学及其如何影响机器人锚设计缺乏严格的理解。本文研究尖端伸展锚的 terradynamics 与传统桩类穿透体的比较，提出一组设计见解，并据此开发可部署的机器人锚。具体而言，我们确定要提高锚的拔出力与插入力比值，应：（i）超过关键深度伸展；（ii）包含类毛发状突起；（iii）近垂直伸展；（iv）采用多个小锚而非单个大锚。综合这些见解，我们开发了一种轻量化、软体式、受树根启发的锚定装置，其在重量以下即可插入地面。我们展示，300 克的装置能将一系列温度传感器深入 45 厘米的松散火星富矿模拟物中锚定，平均产生 120 牛的锚定力，实现 40:1 的锚定力与重量比。
关键词
引用
@article{arxiv.2511.10901,
title = {Terradynamics and design of tip-extending robotic anchors},
author = {Deniz Kerimoglu and Nicholas D. Naclerio and Sean Chu and Andrew Krohn and Vineet Kupunaram and Alexander Schepelmann and Daniel I. Goldman and Elliot W. Hawkes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.10901},
year = {2025}
}