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软体机器人从软变硬到底有多重要?

2018-05-03 作者:张有凤
导语:在大部分人的印象中,软体机器人都是软绵绵的,好处就在于它们可以自由地改变形状,进入刚性机器人难以抵达的区域,但是,如果需要精确的动作时,软体机器人常常表现得无能为力。最近,哈佛大学的科学家研发了一种新结构,可以模仿章鱼,在必要的时候让软体机器人变硬,从而实现动作受控。

即使章鱼也明白肘部的重要性。当这些柔软、松散的头足类动物需要精确地运动时,比如把食物塞进嘴里,触手的肌肉就会收缩成一个临时的旋转关节。这些关节限制了手臂的摇晃,从而实现动作受控。

最近,来自哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)和Wyss生物启发工程研究所的研究人员展示了最新研究的多层结构如何使机器人模仿章鱼的运动学,通过命令来创建或消除关节。该结构还可以使机器人快速改变其刚度、阻尼和动态。

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该研究成果发表在《先进功能材料(Advanced Functional Materials)》以及《IEEE机器人与自动化快报(IEEE Robotics and Automation Letters)》上的两篇的论文中。

SEAS研究生、两篇论文的第一作者Yashraj Narang表示,“这项研究有助于缩小软体机器人与传统刚性机器人之间的差距。我们相信这类技术可能会培育出新一代的机器认和结构,而这些机器人和结构不能简单地归类为软体或刚性。”

这种新的结构出人意料地简单,由多层柔性材料组成,包裹在塑料外壳中并连接到真空源。在没有真空的情况下,结构的行为与您所期望的完全相同,弯曲,扭曲和松动而不保持形状。但是,当施加真空时,它变得僵硬并且可以保持任意形状,并且可以被模制成另外的形状。

这种转变是一种称为层流干扰的现象,在这种情况下,压力的施加会产生强烈地耦合一组柔性材料的摩擦。

Narang说,“压力产生的摩擦力就像胶水一样,我们可以通过改变层数,调整施加于其上的压力以及调整多层叠层之间的间距来控制结构的刚度、阻尼、运动学和动力学。”

研究小组还包括Abbott和James Lawrence工程教授Robert Howe,Abbott和James Lawrence材料工程教授Joost Vlassak,以及SEAS研究生Alperen Degirmenci,他们广泛地模拟了层流干扰的力学行为以便更好地控制其能力。

接下来,他们利用这些结构构建了真实世界中的设备,包括一个双手指抓手,它不需要真空,可以环绕并抓住大物体,并且可以用真空吸住大理石大小的小物体。

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研究人员还通过将它们连接到无人机上作为起落架,展示了该结构作为减震器的能力。该团队调整了结构的刚度和阻尼以降低着陆的影响。

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该结构目前仍然只是概念性验证,未来可以应用到从手术机器人到可穿戴设备以及柔性扬声器等多个领域。

该论文的资深作者Howe表示,“我们的工作已经解释了层流干扰现象,并展示了它如何为机器人提供高度通用的机械行为。我们相信,这项技术最终将使机器人在可以安全地与人类交互的软连续设备和能够满足工业自动化需求的刚性分立设备之间进行自由转变。”

 

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