蟑螂無疑是世界上最具生命韌性的生物之一,到底為什麼我們每次要打他們都打不到,他們是如何在崎嶇地形上跑的那麼敏捷?透過實驗分析蟑螂的動作,他們可以以簡易的「三角步態」進行移動。將這樣的運動機構複製到機器車上,便創造出了強力的移動型機器車。

 

X博士摘要說明】

  1. 研究並證明六足昆蟲特殊的行走方式
  2. 製作模仿昆蟲行走方式的六驅車

 

44屆生活應用科作品

題目:超越極限的越野蟑螂車

作者:新竹市立培英國民中學的同學

 

【摘要(原文)

在本研究中,我們想要模仿蟑螂特殊的行走方式來製作可以在各種地形以不減速的方式前進的機器車!在日常生活中,常常看到蟑螂在廚房或垃圾桶旁邊,當我們驚嚇到蟑螂時,蟑螂會非常快速的跑走。蟑螂一般的爬行速度約為 1 公分/秒,但在快速行走時,至少能夠約 30 公分/秒,可見蟑螂之靈敏運動體系,可用於機器車的研究及模擬。

 

X博士步驟說明】

  1. 觀察蟑螂行走的方式

養魚塑膠箱是飼養蟑螂的好場所,在四周鑽洞讓空氣能流通。一般說來,以不要太擁擠為原則,在太擁擠的環境,生長得不好,甚至相互殘殺吞食。 蟑螂屬雜食性的昆蟲,什麼都吃。用一個矮塑膠瓶放入棉花或衛生紙,再加乾淨的水,供蟑螂飲水之用,並用攝影機將蟑螂移動過程拍下來。

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Q:研究六足昆蟲的行走方式,有沒有其他觀察方式?

A:有的,可以將蟑螂的腳沾上不同的顏料,讓蟑螂走過白紙,也可以證明之,但攝影可以直接看到腳的移動,應是最好的方法。

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觀察蟑螂後,發現蟑螂快速走動時的確是以三隻腳為一組並互相交替,來達到前進的效

果, 而蟑螂行走則是位於同側的三隻腳先動,接下來才是另一側的三隻腳移動。

Q:同樣的觀察實驗方法,可不可以應用到其他動物?

A:可以,例如: 我們可以用快速攝影的方式來觀察馬在奔跑時,四隻腳的運動狀況。馬在

慢速行走的時候,是四隻腳依序輪流移動,可是當馬在奔跑時,是兩隻前腳為一組,兩隻後腳為一組,用跳躍的方式前進。


2. 製作六足昆蟲車

●利用以前玩的四驅車,將四驅車拆開並仔細觀察四驅車的傳動方式以及齒輪。

●設計新的傳動方式達到一次轉動三個輪子並交互前進,讓傳動方式跟六足昆蟲行走的模式相同。最後設計出兩種傳動模式。

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由於第二種設計的製作太過於困難,移動時可能會卡到,材料零件也不足夠,所以選擇設計一。

 

開始改裝 :

●車身改裝,為了將兩組車身底盤結合為一,便將車身底盤切割,讓車身可以連結在一起。

●將較短的桿軸焊接起來,使其之長度增加。

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●車身連結,將兩台未切割處理的底盤和焊接完的桿軸組裝在一起。組裝完成後,把位

阻礙到輪子滾動的部分底盤割除。

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●設計輪子,為了讓轉動時桿軸負荷的重量減低,所以將膠帶滾輪當作輪胎主體,並在

滾輪外面加捆鐵氟龍材質之止洩帶,能增加滾輪的摩擦力也可以保護滾輪。最後將四驅

車原有的塑膠輪子用強力膠黏再滾輪內側。

●製作保護壁,由於馬達的轉力極強,若是車頭沒有做好保護,撞到一定會全壞。所以

將寶利龍切割,並夾在前面的護輪之間。

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3. 測試六足昆蟲車

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蟑螂車的穩定度及越野能力確實比四驅車來的好,蟑螂車也確實符合「在各種地形上能

呈現最穩定、最安全並持續前進的機器車」的構想。

Q:既然模仿了蟑螂快速移動的行走方式,為什麼蟑螂車的速度會比四驅車慢許多呢?

A:其實是因為蟑螂車的重量太重,導致速度慢。

Q:未來若可以將六足昆蟲行走方式的概念應用到汽車製造,是否可以應用到其他領域?

A:是的,例如: 精神號火星探測車,長 1.6 公尺,寬 2.3 公尺,高 1.5 公尺,重量約 160

公斤,體積大小如同高爾夫球車,動力來源是如餐桌大小的太陽能板。車上配備 9

攝影四處張望判斷地形特徵,包括裝置在頂部桅杆和六個輪子上,另有岩層鑽鑿機和

顯微成像器和等。

 

數據分析與結論

經過多次實驗後,確實發現蟑螂在快速行走時,是以三隻腳互換來進行前進的動作。

於三點構成一平面,快速移動時,相當的平穩。如果在未來,可以將六足昆蟲的快速行

方式,加入在製作交通工具的設計。不僅可以減少交通意外的發生,更可以讓交通工

具的性能與安全大幅提昇!

以下是評審給的評語

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X博士評語】

做機器車其中一項很大的目的,就是希望能讓它「運動」,而在「生成一個運動」上,生物絕對是一個很好的學習對象,在經歷長時間演化後,他們不論在移動速度、敏捷、操作甚至是能量的消耗上都擁有相當高的能力。而想要DIY建造一隻機器車可不是件容易的事,首先要尋找各結構材料的相關資料,像是馬達要用哪種?材料是要用合金還是碳纖維?也可以參考現有的四驅車來做評估,「而現在機器車面臨的最大問題,還是電源」,如何找到一個動力,輕巧又靈活,不會因為車身太重而導致速度變慢,如果從各個面向都有相對應的技術輔助,才有可能做出一個完美的機器車。