斯坦福大学的工程师创造了可变形自由漫游的软机器人

2021-03-02 10:28:20

软机器人技术的进步有一天可以使机器人与人类并肩工作,帮助他们举起重物或将它们带离危险。作为迈向这一未来的一步,斯坦福大学的研究人员开发了一种新型的软机器人,通过借鉴传统机器人技术的功能,它既安全又保留了移动和改变形状的能力。

斯坦福大学机械工程专业的研究生内森·乌瑟维奇(Nathan Usevitch)表示:“大多数软机器人的显着局限性在于,它们必须连接至笨重的空气压缩机或插入墙壁,以防止它们移动。” “所以,我们想知道:如果我们一直保持相同数量的空气在机器人里面怎么办?”

从那一刻起,研究人员最终研制出了可以改变其形状的人类规模的软机器人,从而使其能够抓握并处理物体并向可控方向滚动。他们的发明 在《科学机器人》上发表的一篇论文中进行了描述 。

“我给人们的这款机器人的随意描述是电影《大英雄6》 和《变形金刚》中的Baymax 。换句话说,是一种柔软的,对人类安全的机器人,以及可以显着改变其形状的机器人。” Usevitch说。

这个柔软的机器人的最简单的版本是一个充气管,该充气管穿过三个小型机器,将其捏成三角形。一台机器将管子的两端固定在一起。另外两个沿管子驱动,通过移动其角来改变机器人的整体形状。研究人员称其为“等距机器人”,因为尽管形状发生了巨大变化,但边缘的总长度以及内部的空气量保持不变。

等轴测距机器人是三种类型的机器人的后代:软机器人,桁架机器人和集体机器人。软机器人轻巧,合规,桁架机器人具有可以改变形状的几何形状,而集体机器人则是可以协同工作的小型机器人,使其在遇到单零件故障时特别坚固。

该论文的共同资深作者,机​​械工程学助理教授肖恩·福尔默(Sean Follmer)说:“我们基本上是在用传统的电动机来操纵一个软结构 。“这使一类非常有趣的机器人结合了软机器人的许多优点以及我们对经典机器人的所有知识。”

为了制作更复杂的机器人版本,研究人员只需将几个三角形连接在一起即可。通过协调不同电动机的运动,它们可以使机器人执行不同的行为,例如通过吞并三个侧面的球来捡起球或改变机器人的质心以使其滚动。

论文的合著者,航空航天学助理教授Mac Schwager表示:“令我激动的是,该机器人实际上是单个机器人滚轮的集合,这些滚子可以协同工作来移动机器人并改变其形状。” “这有助于使其成为一个适应性强的系统。”

“我们开发的关键理解是,使用大型,柔软的气动机器人进行运动,实际上并不需要抽入和抽出空气,”加州大学圣塔芭芭拉分校机械工程学助理教授艾略特·霍克斯以及该论文的共同资深作者。“您可以使用已经拥有的空气,并通过这些简单的电机将其移动;这种方法效率更高,可以让我们的机器人更快地移动。”

从外太空到客厅

软机器人领域相对较年轻,这意味着人们仍在为这些新产品寻找最佳应用。它们安全但坚固的柔软性使其可以在家庭和工作场所使用,传统的机器人可能会造成伤害。轻巧的机器人也吸引了人们作为灾难响应的工具。

等距机器人的其他令人兴奋的可能性可能是不在行星上。斯坦福大学机械工程专业研究生,论文的第一作者,作者扎卡里·哈蒙德说:“这种机器人对于太空探索可能真的很有用,特别是因为它可以装成小包装运输,然后在充气后不受束缚地运行。” ,与Usevitch一起使用。“在另一个星球上,它可以利用其变形能力来穿越复杂的环境,挤过狭窄的空间并散布在障碍物上。”

目前,研究人员正在为他们柔软的机器人进行不同形状的试验,并考虑将其放入水中以查看其是否可以游泳。他们还在探索更多新的软机器人类型,每种类型都有自己的功能和优势。

机械工程学教授,论文的合著者Allison Okamura说:“这项研究凸显了如何以新的方式设计和建造机器人的思考能力 。” “随着这种系统的发展,机器人设计的创造力正在不断扩大,这是我们在机器人领域真正希望鼓励的。”

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