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研究人员开发出一种新型的,不断发展的软机器人,中国机器人网,vrovro.com
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研究人员开发出一种新型的,不断发展的软机器人
2021年01月08日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

想象一下救援人员在倒塌的建筑物的废墟中寻找人。他们没有带出手工挖出的碎片,也没有让狗闻着生命的痕迹,而是带出了一个小的气密圆柱体。


他们将设备放置在碎片的入口处,然后拨动开关中国机器人网vrovro.com。卷须从圆柱体的一端延伸到一块块石头和泥土中,就像一棵攀爬的藤蔓。


卷须尖端的摄像头可让救援人员看到瓦砾下方原本无法到达的地方。


研究人员开发出一种新型的,不断发展的软机器人 中国机器人网,vrovro.com


这只是斯坦福大学机械工程师创造的一种新型机器人的一种可能应用,该机器人将在6月19日的《科学机器人》论文中详细介绍。


受藤蔓,真菌和神经细胞等可以通过生长来覆盖距离的自然生物的启发,研究人员对这种柔软的,正在生长的机器人进行了概念验证,并通过了一些具有挑战性的测试。


机械工程学教授,该论文的资深作者冈村佳美(Allison Okamura)解释说:“从本质上讲,我们正在尝试了解这种从机制中实现移动性或运动性的新方法的基础。” “这与动物或人环游世界的方式非常非常不同。”


为了研究他们的机器人可以做什么,该小组创建了原型,该原型可以穿越各种障碍,朝着指定的目标行驶,并成长为独立的结构。研究人员说,这种机器人可以达到广泛的用途,尤其是在搜救和医疗设备领域。


成长中的机器人


该机器人背后的基本思想很简单。它是一种由柔软的材料制成的折叠管,像一个里里外外的袜子一样,内部折叠,当管前部的材料翻动时,它朝一个方向生长,因为该管变成了右外。


在原型中,这种材料是一种薄而便宜的塑料,当科学家将压缩空气泵入固定端时,机器人的身体呈外倾角。在其他版本中,流体可以代替压缩空气。


使该机器人设计极为有用的原因是,该设计导致尖端移动而身体不移动。


该机器人从内部展开,从0.28米长的扁平聚乙烯塑料管卷到72米长的管。机器人也可以通过降低其内部的气压来逆转其增长。


加州大学圣塔芭芭拉分校的客座助理教授,论文的主要作者埃利奥特·霍克斯解释说:“随着材料从末端延伸,身体会延长,但身体的其余部分不会移动。”


 “身体可能会卡在环境中或卡在岩石之间,但这不会阻止机器人,因为随着新材料添加到末端,尖端可以继续前进。”

 

该小组测试了这种方法以多种方式将机器人从一个地方转移到另一个地方的好处。它穿过障碍物路径,在飞纸,粘性胶水和钉子上移动,并在冰壁上移动,以提供一个传感器,该传感器可能会感测被困幸存者产生的二氧化碳。


即使被钉子刺穿,它也成功完成了该过程,因为被刺穿的区域没有继续移动,结果,由于停留在钉子上而自行密封。


机器人原型柔软灵活,可以满足多种用途。


在其他演示中,该机器人举起了一个100公斤的板条箱,在直径为其直径10%的门缝下生长,并螺旋成一个独立的结构,然后发出无线电信号。


该机器人还操纵了吊顶上方的空间,这显示了它如何能够导航未知的障碍物,因为像这样的机器人可能必须在墙壁,道路下或管道内部进行操作。


此外,它在穿过吊顶的过程中拉出了一条穿过身体的电缆,为在狭窄空间中布线提供了一种新方法。


困难的环境


冈村实验室的研究生,论文的合著者劳拉·布鲁曼斯切因(Laura Blumenschein)说:“我们关注的应用是那些机器人在困难的环境中移动,功能无法预测且空间未知的应用。” “如果您可以将机器人放置在这些环境中,并且不受移动过程中障碍物的影响,则无需担心机器人在探索过程中会被损坏或卡住。”


研究生约瑟夫·格里尔(左)和劳拉·布鲁曼森奇恩(右)与加州大学圣塔芭芭拉分校的客座助理教授艾略特·霍克斯(Elliot Hawkes)合作,制作了藤本植物的原型。信用:LA Cicero

这些机器人的某些迭代包括一个控制系统,该系统使身体不同地膨胀,从而使机器人向右或向左转动。研究人员开发了一种软件系统,该系统可根据机器人末端摄像头输入的图像确定方向。


软机器人的主要优点是,它们比硬,刚性机器人更安全,这不仅是因为它们柔软,而且还因为它们通常很轻。这在机器人可能与人近距离移动的情况下特别有用。


对于这种机器人,另一个好处是它很灵活并且可以遵循复杂的路径。但是,这也带来了一些挑战。


冈村实验室的研究生,论文的合著者乔伊·格里尔(Joey Greer)说,控制机器人需要精确的运动模型,而这对于软机器人是很难建立的。相比之下,刚性机器人更容易建模和控制,但在许多需要灵活性或安全性的情况下无法使用。“


此外,使用摄像头将机器人引导到目标也是一个难题,因为摄像头图像需要以其产生的速率进行处理。设计工作的大量工作都在快速运行且产生准确结果的算法中进行了设计。足以控制软机器人。”格里尔说。


大大小小


如今,科学家们手工建造了原型,并通过气动气压提供动力。将来,研究人员希望创建一个可以自动生产的版本。


未来的版本可能还会使用液体来生长,这可能有助于向困在狭窄空间中的人们输送水或在封闭的房间内扑灭大火。他们还在探索新的,更坚韧的材料,例如防撕裂尼龙和凯夫拉尔纤维。


研究人员还希望将机器人缩放得更大和更小,以查看其性能。他们已经创建了一个1.8毫米的版本,并相信小型的成长型机器人可以推进医疗程序。这种类型的软机器人可以代替管子穿过人体,而不会沿着精致的结构拖动。


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