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受猎豹启发,研究人员开发出速度最快的软体机器人

发布时间:2020-05-13 11:40:54  来源: 澎湃新闻 企鹅号   采编:郭椿砾  背景:

  猎豹是陆地上奔跑速度最快的生物,奔跑过程中,它们通过脊柱的弯曲来获得速度和力量。受猎豹这种力量和速度启示,美国北卡罗莱纳州立大学机械与航空工程系助理教授尹杰团队,开发了一种新型软体机器人——LEAP机器人,从外观来看,LEAP机器人长约7厘米,重约45克。

  受猎豹启发,尹杰团队开发了一种新型软体机器人

  无论是在固体表面,还是在水中,该机器人都比其他软体机器人移动得更快,该机器人还可以轻松地抓取物体,也具有足够大的力量举起重物。相关研究论文已发表在《Science》子刊Science Advances上。

  “我们受到猎豹的启发,创造了一种具有弹簧动力,双稳态脊柱的软机器人,这意味着该机器人具有两种稳定状态。我们可以通过将空气泵入软硅胶机器人内衬的通道,来实现在两种稳定状态之间的切换。在这两种状态之间切换会释放大量能量,从而使机器人可以快速对地面施加力。这使机器人可以在整个表面奔驰,这也意味着机器人的脚会离开地面。” 尹杰表示。

  LEAP软体机器人

  尹杰认为,以前的软机器人更像爬行器,它们始终与地面保持接触,但这反而限制了机器人的速度。

  过往的软体机器人,速度最快的可以在坚固的表面以每秒0.8倍体长的速度移动。LEAP则能以大约3Hz的低驱动频率达到每秒2.7倍体长的速度移动。LEAP还能够在陡峭的斜坡上前进,这对于向地面施加较小作用力的软机器人来说,相当有挑战性,甚至不可能实现。

  LEAP实现原理

  除了在陆地上运动外,LEAP还具有在水中运动的能力。论文称,与过去最快的游泳软机器人每秒0.7倍体长的速度相比,LEAP机器人附有鳍而不是脚,能够以每秒0.78倍体长的速度游泳。

  同时,LEAP还能协同工作,完成抓取物体的动作。使用多个软体机器人进行协同工作,通过调整机器人的力道,LEAP能提起像鸡蛋一样的物体,以及重达10公斤以上重量的物体。

  研究人员指出,LEAP的设计更像是一种概念验证。他们认为未来可以通过修改设计,可以使它变得更快、更强大。

  至于这款机器人的未来应用,尹杰称,潜在的应用包括在速度至关重要的搜索和救援领域,以及工业制造领域里。

  “例如,想象一下生产线上的机器人速度变得更快,但仍然能够处理易碎物品的情况。” 尹杰称,“我们也愿意与私营部门合作,可以微调技术,将其纳入公司的运营中。”

  疫情期间,由于社交隔离需求,机器人的远程操作能力得到了更好的发挥。更有科学家在《科学机器人》杂志上指出,机器人技术能够在对抗疫情过程中发挥重要作用,而此次疫情则提供了一个契机,可能会推动相关技术的进一步研究。

  对于软体机器人来说,由于具备高安全性以及能与人类、恶劣环境进行自适应性交互,软体机器人拥有了传统刚性传机器人难以具备的功能。比如,软体机器人在执行抓取作业时因其自身的柔软性而能改变自身形态,对一些易碎品和不规则物体进行抓取时,采取包裹形式抓取,不会损坏物体。


本文来源: 澎湃新闻 企鹅号

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