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Copyright (c) 2012 機電產(chǎn)品交易網(wǎng) . 版權所有 皖I(lǐng)CP備12004440號-2
3月19日消息，斯坦福大學(xué)的機器人團隊新近發(fā)明了一款軟體機器人，可以任意改變形狀，據稱(chēng)設計人員是從章魚(yú)身上得到了靈感。機器人由柔軟織物材質(zhì)的管道和滾筒模塊組合而成，管道里充滿(mǎn)空氣。使用者只需操控配套的小型發(fā)動(dòng)機，就可讓機器人改變形狀。
斯坦福大學(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)研究生內森·烏瑟維奇(Nathan Usevitch)是這個(gè)項目的參與者之一，他將這款機器人描述為“電影《超能陸戰隊6(Big Hero6)》中的角色大白(Baymax)和變形金剛(Transformers)的混合體”。
這項研究已于本周三發(fā)布在《科學(xué)機器人學(xué)(Science Robotics)》上，論文題目是《一種無(wú)繩系等周柔性機器人(An untethered isoperimetric soft robot)》。
一、機器人設計新思路：淘汰系繩、簡(jiǎn)易組裝
考慮到工程作業(yè)的環(huán)境條件，機器人必須具有足夠的安全性和環(huán)境適應性。除了結實(shí)耐用，還要能夠靈活移動(dòng)。要滿(mǎn)足這些條件，不僅要有配備精準的控制算法和強大的傳感器，還需要適應性更好的結構與之相配，而現有的機器人尚不能滿(mǎn)足這些要求。
目前市面上主要有軟式、集體式和桁架式三種機器人。軟式機器人安全性高，較為堅固，但需要用系繩與空氣壓縮設備相連。集體式機器人模塊化程度高，但子單元過(guò)于復雜。桁架式機器人可以變形，但只能在固定方向線(xiàn)性伸縮。
在論文中，研究人員稱(chēng)其發(fā)明的“無(wú)繩系等周柔性機器人(An untethered isoperimetric soft robot)”綜合了三種機器人的優(yōu)點(diǎn)，擺脫了結構限制。
這款機器人主要由織物管和3個(gè)滾筒模塊組成，滾筒模塊包含機械滾筒和小型發(fā)動(dòng)機兩個(gè)部分。滾筒模塊安裝于織物管上，其中一個(gè)將織物管首尾相接，另外兩個(gè)可在管道上移動(dòng)，與織物管一起組成三角形。
使用時(shí)利用滾筒夾緊織物管，使其維持固定的形狀。一旦需要機器人變形，則可利用小型發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)滾筒移位，給織物管重新“塑形”。在滾筒移動(dòng)過(guò)程中，機器人形狀改變，但織物管的長(cháng)度及其內部空氣量保持不變。也有研究人員因此稱(chēng)其為“等周機器人”。
對于這款機器人的獨特結構，斯坦福大學(xué)航空航天助理教授麥克·史瓦格(Mac Schwager)評價(jià)到：“讓我感到興奮的是，這款機器人實(shí)際上是由幾個(gè)機器滾軸組成的集合體，他們通過(guò)協(xié)同運作來(lái)移動(dòng)機器人和改變形狀。這使其成為了一個(gè)適應性強而堅固的系統。”
二、移動(dòng)靈活，能撿球，還能變身“形狀顯示器”
研究人員曾將幾個(gè)機器人組合在一起，用發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)其移動(dòng)，最終成功操縱機器人撿起了一個(gè)球。此外，機器人還可以推動(dòng)球向前滾動(dòng)。這就說(shuō)明此種機器人可以接近物體、撿起物體，再將其移動(dòng)至特定位置。而這些操作對于夾鉗機器人來(lái)說(shuō)則很難完成，這也意味著(zhù)軟體機器人未來(lái)將有更多可能的應用場(chǎng)景。
1、太空旅行好幫手
研究人員認為這種機器人擁有易于收納的外形，使用起來(lái)還很靈活，十分適合用于太空旅行。斯坦福大學(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)的研究生扎卡里·哈蒙德(Zachary Hammond)認為，“在另一個(gè)星球上，它可以利用其變形能力穿過(guò)復雜的環(huán)境，擠過(guò)狹小的空間，跨越障礙物。”
在論文中研究者寫(xiě)到：“在太空漫游任務(wù)中，可以在發(fā)射前排空機器人氣體，著(zhù)陸后再充氣，使其完成任務(wù)，這樣就不必擔心能源問(wèn)題了。另外機器人的柔軟特性也使其更加強健，適用于復雜地形，也可用于執行情況未知的任務(wù)。”
2、與工人協(xié)同工作
這種機器人同樣適合工業(yè)使用。例如當工人用螺栓裝配零件時(shí)，可利用機器人來(lái)固定零件。
3、教學(xué)交互小工具
將機器人改造為教育工具也未嘗不可?？晒膭顚W(xué)生自主組裝硬件，與機器人進(jìn)行身體互動(dòng)。
4、其他方面
論文中提到，如果增加更多的滾筒模塊，就可將機器人改裝為“形狀顯示器”，在改變形狀時(shí)做到更為動(dòng)態(tài)流暢，甚至成為高刷新率的3D打印機。
如果將觸摸感應應用到機器人中，用戶(hù)就可與顯示的形狀即時(shí)交互。
甚至可以應用同一組硬件完成用戶(hù)的不同需求。當需要疏通管道時(shí)，就組裝一個(gè)鏈式機器人，如果想要機器人快速移動(dòng)，就將其組裝為球型。
結語(yǔ)：柔性機器人集合以往產(chǎn)品優(yōu)勢，前景樂(lè )觀(guān)
以往的機器人各有優(yōu)點(diǎn)，但均無(wú)法獨立勝任工程作業(yè)任務(wù)，而斯坦福團隊發(fā)明的“無(wú)繩系等周柔性機器人”則為這一問(wèn)題提出了解決方案。通過(guò)對目前的軟式、集體式、桁架式機器人分別揚長(cháng)避短，新型機器人無(wú)疑可以承擔起工程任務(wù)。
除工程應用以外，新型機器人也在航空、教育、3D打印等方面顯示出了應用可能，應用前景十分值得期待。
斯坦福大學(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)研究生內森·烏瑟維奇(Nathan Usevitch)是這個(gè)項目的參與者之一，他將這款機器人描述為“電影《超能陸戰隊6(Big Hero6)》中的角色大白(Baymax)和變形金剛(Transformers)的混合體”。
這項研究已于本周三發(fā)布在《科學(xué)機器人學(xué)(Science Robotics)》上，論文題目是《一種無(wú)繩系等周柔性機器人(An untethered isoperimetric soft robot)》。
一、機器人設計新思路：淘汰系繩、簡(jiǎn)易組裝
考慮到工程作業(yè)的環(huán)境條件，機器人必須具有足夠的安全性和環(huán)境適應性。除了結實(shí)耐用，還要能夠靈活移動(dòng)。要滿(mǎn)足這些條件，不僅要有配備精準的控制算法和強大的傳感器，還需要適應性更好的結構與之相配，而現有的機器人尚不能滿(mǎn)足這些要求。
目前市面上主要有軟式、集體式和桁架式三種機器人。軟式機器人安全性高，較為堅固，但需要用系繩與空氣壓縮設備相連。集體式機器人模塊化程度高，但子單元過(guò)于復雜。桁架式機器人可以變形，但只能在固定方向線(xiàn)性伸縮。
在論文中，研究人員稱(chēng)其發(fā)明的“無(wú)繩系等周柔性機器人(An untethered isoperimetric soft robot)”綜合了三種機器人的優(yōu)點(diǎn)，擺脫了結構限制。
這款機器人主要由織物管和3個(gè)滾筒模塊組成，滾筒模塊包含機械滾筒和小型發(fā)動(dòng)機兩個(gè)部分。滾筒模塊安裝于織物管上，其中一個(gè)將織物管首尾相接，另外兩個(gè)可在管道上移動(dòng)，與織物管一起組成三角形。
使用時(shí)利用滾筒夾緊織物管，使其維持固定的形狀。一旦需要機器人變形，則可利用小型發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)滾筒移位，給織物管重新“塑形”。在滾筒移動(dòng)過(guò)程中，機器人形狀改變，但織物管的長(cháng)度及其內部空氣量保持不變。也有研究人員因此稱(chēng)其為“等周機器人”。
對于這款機器人的獨特結構，斯坦福大學(xué)航空航天助理教授麥克·史瓦格(Mac Schwager)評價(jià)到：“讓我感到興奮的是，這款機器人實(shí)際上是由幾個(gè)機器滾軸組成的集合體，他們通過(guò)協(xié)同運作來(lái)移動(dòng)機器人和改變形狀。這使其成為了一個(gè)適應性強而堅固的系統。”
二、移動(dòng)靈活，能撿球，還能變身“形狀顯示器”
研究人員曾將幾個(gè)機器人組合在一起，用發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)其移動(dòng)，最終成功操縱機器人撿起了一個(gè)球。此外，機器人還可以推動(dòng)球向前滾動(dòng)。這就說(shuō)明此種機器人可以接近物體、撿起物體，再將其移動(dòng)至特定位置。而這些操作對于夾鉗機器人來(lái)說(shuō)則很難完成，這也意味著(zhù)軟體機器人未來(lái)將有更多可能的應用場(chǎng)景。
1、太空旅行好幫手
研究人員認為這種機器人擁有易于收納的外形，使用起來(lái)還很靈活，十分適合用于太空旅行。斯坦福大學(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)的研究生扎卡里·哈蒙德(Zachary Hammond)認為，“在另一個(gè)星球上，它可以利用其變形能力穿過(guò)復雜的環(huán)境，擠過(guò)狹小的空間，跨越障礙物。”
在論文中研究者寫(xiě)到：“在太空漫游任務(wù)中，可以在發(fā)射前排空機器人氣體，著(zhù)陸后再充氣，使其完成任務(wù)，這樣就不必擔心能源問(wèn)題了。另外機器人的柔軟特性也使其更加強健，適用于復雜地形，也可用于執行情況未知的任務(wù)。”
2、與工人協(xié)同工作
這種機器人同樣適合工業(yè)使用。例如當工人用螺栓裝配零件時(shí)，可利用機器人來(lái)固定零件。
3、教學(xué)交互小工具
將機器人改造為教育工具也未嘗不可?？晒膭顚W(xué)生自主組裝硬件，與機器人進(jìn)行身體互動(dòng)。
4、其他方面
論文中提到，如果增加更多的滾筒模塊，就可將機器人改裝為“形狀顯示器”，在改變形狀時(shí)做到更為動(dòng)態(tài)流暢，甚至成為高刷新率的3D打印機。
如果將觸摸感應應用到機器人中，用戶(hù)就可與顯示的形狀即時(shí)交互。
甚至可以應用同一組硬件完成用戶(hù)的不同需求。當需要疏通管道時(shí)，就組裝一個(gè)鏈式機器人，如果想要機器人快速移動(dòng)，就將其組裝為球型。
結語(yǔ)：柔性機器人集合以往產(chǎn)品優(yōu)勢，前景樂(lè )觀(guān)
以往的機器人各有優(yōu)點(diǎn)，但均無(wú)法獨立勝任工程作業(yè)任務(wù)，而斯坦福團隊發(fā)明的“無(wú)繩系等周柔性機器人”則為這一問(wèn)題提出了解決方案。通過(guò)對目前的軟式、集體式、桁架式機器人分別揚長(cháng)避短，新型機器人無(wú)疑可以承擔起工程任務(wù)。
除工程應用以外，新型機器人也在航空、教育、3D打印等方面顯示出了應用可能，應用前景十分值得期待。
