@ 2017.08.04 , 21:30
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新型软体延展机器人

想象救援人员在倒塌的建筑废墟中搜寻生还者。他们没有用手挖掘废墟或者用搜救犬嗅探生命迹象,而是拿出一个小型的气密圆柱。他们将这个设备放在废墟的入口,拧开开关。卷须就从圆柱体的一端伸展到石头和泥土之中,就像是快速攀缘的藤蔓。卷须尖端的相机使搜救者能看到碎石之下不可达的地方。

这是斯坦福大学机械工程师们创造的一种新型机器人的一种可能应用场景,这一研究已发表在7月19日的科学机器人杂志上。受到通过生长跨越距离的自然生命体的启发,比如藤蔓,真菌和神经细胞,研究者制造了一个软体伸展机器人的概念验证,并在几个有挑战性的测试中运行了。

新型软体延展机器人
credit: 煎蛋画师,不务正业的小编樂米張

研究资深作者、机械工程教授Allison Okamura解释道:“本质上,我们试图理解这一新方法的基础来获得机动性和运动机制。这与动物或者人类在世上行走的方式非常非常不同。”

为了研究这种机器人能做什么,小组制造了一个原型机,使其在各种障碍物之间穿梭,向着预定的目标运动并延展为独立支撑的结构。这个机器人能用于很多用途,特别是搜救和医疗设备领域。

延展机器人

这个机器人背后的基本想法很简单。这就是一个内部折叠有柔软材料的管子,就像是由内而外的袜子,正面朝外时管子前方的材料外翻,里面的材料继续跟进,从而朝着一个方向延展。原型机中,材料是一种薄薄的廉价塑料,科学家将压缩空气泵入静止端时,机器人身体就外翻。在其他的版本中,也可以用液体代替压缩空气。

尖端运动但躯体不动这一设计使得这种机器人很有用。

加州大学圣巴巴拉分校访问助理教授、论文第一作者Elliot Hawkes解释道:“随着材料从一端延展出来,躯体就会延长,但躯体的剩余部分并不会移动。躯体可能会在环境中粘者被石块卡住,但这不会阻止机器人,因为随着新材料不断添加到前端,机器人将持续前进。”

研究小组以多种方式测试了这一方法在使机器人从一个地点到达另一个地点方面的优势。在越障训练场地中,这个机器人穿过捕蝇纸、黏黏的胶水以及钉子,爬上冰墙传递一个可以感应被困生存者产生的二氧化碳的传感器。这个机器人成功完成了这一任务,虽然在任务中被钉子扎穿了,但扎穿的区域并没有继续运动,而是固定在钉子上方保持了气密性。

在另一个演示中,机器人举起了100公斤重的板条箱,在10%直径的门下缝隙生长,自我盘旋形成自支撑结构,然后发出无线信号。这个机器人还在狭小的吊顶中灵活移动,能够在障碍物中导航。此外,它在延展的时候还能拉动线缆,提供了狭小空间中布线的新方式。
困难的环境

Okamura实验室的研究生、共同作者Laura Blumenschein说道:“我们注重的应用是那种机器人在困难环境中运动,其中的特征不可预测,空间结构也未知。如果你能将一个机器人放入这种环境,而且它不会受到运动中障碍物的影响,那么你就不需要担心它会在探索的时候受损或者卡住。”

这种机器人的控制系统能对躯体差异化充气,使机器人左转或右转。研究者开发了一个软件系统,基于机器人尖端的相机获得的图像进行方向决策。

软体机器人一个主要的优势是比刚体坚硬的机器人更安全,不仅是因为本身柔软,还因为一般比较轻质。当机器人会在人类近处运动时,这就很有用了。这个机器人的另一个优势是可延展性,能跟随复杂的路径。

论文共同作者研究生Joey Greer称,控制机器人需要精确的运动模型,而软体机器人的运动模型难以创建。而刚体机器人更容易建模和控制,但在很多必须要求延展性和安全性的情形下并不适用。“另外,使用相机引导机器人前往目标是一个困难的问题,因为相机图像的处理需与图像获取速率一致。在设计能快速运行并产生足以控制机器人精度的结果的算法方面,我们做了大量工作。”

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更大更小

科学家们亲手制造了这个原型机,利用加压空气进行驱动。以后,研究者将创造可以自动化制造的版本。未来的版本可能也会利用液体延展,将帮助给困在狭小空间中的人们运水或者狭小房间中灭火。他们也正在探索新的更坚韧材料,比如尼龙和芳纶。

研究者也希望能将机器人做得更大和更小看看表现如何。他们已经制造了一个1.8毫米的版本,认为小型延展机器人更有利于医疗应用。

论文原文: DOI: 10.1126/scirobotics.aan3028

本文译自 techxplore,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 7+1

  1. 3526146

    嗯,理解理解,男用的啪啪机器人没问题了,是时候为女用的啪啪机器人设计仿真解决方案了。

  2. 3526159

    我有一个大胆的想法

  3. 3526162

    下一步就是T1000

  4. 淡定的方块
    @6 months ago
    3526175

    纳米机器群才是正道( ̄ー ̄)

  5. 3526444

    有点像在金字塔用的那个

  6. 夏尔的火枪手
    @6 months ago
    3526451

    这不就是个大号加长版充气套套吗?怎么精确引导运动方向呢?

  7. 苗条猪
    @6 months ago
    3527585

    好消息: 我们的机器人找到生还者了
    坏消息: 唯一的通气孔被机器人堵住了

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