生活中的科學EP13-仿生自走獸

浣熊老師

May 23, 2024 • 10 min read

大家好我是浣熊老師，不知道各位有沒有聽過仿生獸呢？仿生獸(STRANDBEEST)是一種受到生物學特性啟發的機器人或機械裝置，透過機械裝置模擬出生物的構造或移動方式，如：四足動物、昆蟲、鳥類或其他生物的機械模型，最有名的莫過於荷蘭藝術家-Theo Jansen設計的風力仿生獸(影片一)，使用風力做為動力，模擬生物的移動方式。

今天浣熊老師也要來帶大家製作出一個簡易的仿生獸，它是以重力做為動力的，又被稱為斜坡自走玩具，現在就讓浣熊老師一步步教大家如何製作吧！

(影片一)

◆ 組裝步驟

第一步我們需要使用到5孔超長條、5孔超長條底無孔、3孔超長條、30mmⅡ軸、長結合鍵以及短結合鍵(圖一)，依照圖示將它們組裝成部件A、部件B與部件C(圖二)。

第二步我們要來製做斜坡自走玩具的主體，需要使用到5×5孔正方框以及2凸單孔轉向結合器(圖三)。

首先依照圖示將部件A、部件B、部件C與2凸單孔轉向結合器安裝在5×5孔正方框上方(圖四)，接著再壓上另一個5×5孔正方框，完成主體的製作(圖五)。

第三步我們要來製做斜坡自走玩具的後腳，需要使用到3孔1/4弧長條、3孔長條以及短結合鍵(圖六)，依照圖示將它們組裝成部件D(圖七)。

接著依照圖示將部件D安裝在部件B下方，完成後腳的製作(圖八)。

第四步我們要來製做斜坡自走玩具的前腳，需要使用到3孔1/4弧長條、長結合鍵以及短結合鍵(圖九)，依照圖示將它們組裝成部件E、部件F(圖十)。

接著依照圖示將部件E和部件F安裝在部件C下方(圖十一)。

最後需要使用到7孔圓角長條以及3孔長條(圖十二)，依照圖示將它們與部件E和部件F結合(圖十三)。

第五步我們要來製做斜坡自走玩具的前方配重，需要使用到70×12mm橡膠輪、5孔超長條以及30mmⅡ軸(圖十四)，依照圖示將它們組裝成部件G(圖十五)。

接著依照圖示將部件G安裝在斜坡自走玩具的前方(圖十六)。

第六步我們要來製做斜坡自走玩具的後方配重，需要使用到70×12mm橡膠輪、5×5孔正方框、長結合鍵以及30mmⅡ軸(圖十七)。

首先依照圖示將5×5孔正方框、長結合鍵以及30mmⅡ軸組裝成部件H(圖十八)，在組裝時需要留意30mmⅡ軸的安裝方向。

接著將70×12mm橡膠輪與部件H上方的30mmⅡ軸結合，並將部件H安裝在部件A的後方(圖十九)，斜坡自走玩具的模型就大致完成囉。

在進行模型操作前，我們要將模型的底部翻過來(圖二十)，並在底部黏上少許的黏土(圖二一)。這麼做是為了增加模型底部與斜坡的摩擦力，讓斜坡自走玩具走得更加順利，當黏土使用得太多時，模型會黏在斜坡上；當黏土使用得太少時，模型會在斜坡上滑動，因此要透過不斷地實驗找到最適合的黏土用量，你也可以將黏土替換成砂紙或是止滑墊，測試看看哪種材質會出現最好的行走效果唷！

◆ 模型操作

在進行模型操作前，我們需要先準備一個能夠讓斜坡自走玩具行走的斜坡，浣熊老師這邊使用的是保麗龍板，大家也可以試著使用木板或其他表面較為粗糙的板子，使用物品將板子架高，一個簡易的斜坡就製作完成了(圖二二)。

現在就讓我們來操作仿生自走獸吧！
我們可以將仿生自走獸放在斜坡的最高處，接著輕輕推動它並使它進行晃動，如果運作成功的話，仿生自走獸就會一步一步走下斜坡唷(影片二)。

(影片二)

◆ 問題排除

若你的仿生自走獸無法順利進行移動，可以參考以下解決方法：

1. 調整黏土的用量，或是將黏土壓得更密實。

2. 透過旋轉的方式調整2凸單孔轉向結合器的角度，此調整會影響到斜坡自走玩具的步幅。

3. 檢查前後腳使用的零件是否鬆動或歪斜，影響到前後腳的移動方式。

4. 調整3孔1/4弧長條在前腳上的角度，讓7孔圓角長條完全貼齊水平面。

◆結語

透過這次所製作的仿生自走模型，我們可以用簡單的結構呈現出生物的行走方式，而日常生活中有許多的發明也都是向大自然生物借鑑的成果，如：飛機翅膀的形狀和翼尖的設計靈感來自於鳥類的飛行方式，或是參考蜘蛛絲強度和彈性而開發出的高強度人造纖維等，讓我們不禁期待未來大自然還能帶來什麼樣的驚喜。

如果你想要製作更多不同造型的斜坡自走模型，也可以參考智高的7462-CN 野生動物探險趣-自走積木，一起和招潮蟹菲迪、短吻鱷魚奧利弗等朋友們，進行一趟有趣的冒險吧！今天的分享就到這邊，喜歡這篇文章的話記得幫浣熊老師大力分享出去，我們下次見囉，拜拜！

◆科學原理：

斜坡自走玩具模型使用到了重心和摩擦力的科學原理，當我們輕輕推動模型時，會導致它左右晃動，產生重心的轉移(圖二三)，當重心往後時，前腳會像前擺出，就像是走路時跨出步伐一樣；當重心往前時，後腳會貼齊前腳，使得後腳的位置相較之前的位置更靠前，達到向前走動的效果(影片三)。摩擦力則是作用於前後腳與保麗龍板之間，前後腳底部的黏土就像是鞋紋或胎紋一樣，能夠增加抓地力，避免模型在移動時候的打滑。