“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

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近期,斯坦福大學的研究人員不走尋常路,利用類似T恤的面料做成充氣管,從而創造了無需繫繩的新型人類大小的軟體機器人。該論文於3月18日發表在《科學機器人》(Science Robotics)上,這種機器人既像“大白”一樣柔軟安全,又像“變形金剛”一樣能變形,能移動。

“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

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博採眾長


“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

該軟體機器人由充氣管和充氣管之間的機械結構構成。在一個平面上,三個機械結構把充氣管捏成一個三角形(如上圖)。一個機械發動機負責把充氣管的兩端連在一起;另外兩個機器能在充氣管上移動(如下圖),從而驅使整個機器人移動。然後,由多個三角形結構結合在一起,可以形成多種不同形狀的3D架構的機器人。研究人員稱它為“等周機器人”,因為儘管形狀變化很大,但邊緣的總長度以及內部的空氣量始終保持不變。


“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

“等周機器人”還結合了三種機器人類型的優點:軟機器人的重量輕、順應性好;桁架機器人的能變換形狀,以搬運物體、操作工具和群體機器人的善於合作解決特定任務。

此外,它在材質和驅動方式上都實現了創新。

驅動上,“等周機器人”通過各機械發動機調節充氣管中的空氣,來實現移動,並不依靠電力。

加州大學聖巴巴拉分校機械工程助理教授、該論文的聯合高級作者Elliot Hawkes稱:“我們發現要讓一個大型、柔軟的氣動機器人動起來,並不非得把空氣抽進抽出,通過小小的發動機來移動充氣管中已有的空氣的方式不僅更有效,還能讓機器人移動得更快。”

材質上,它採用了類似T恤的面料,不同的是這種充氣管用的面料是不透氣的。這種材料的好處是即使沒充氣,它本身也具有彈性。而充氣後,又可以讓其僵硬。這讓該機器人既柔軟又堅硬,主要根據場景的變換來定。

除此之外,該機器人打破了軟體機器人的侷限,是一款無需繫繩的軟體機器人。斯坦福大學機械工程專業的研究生Nathan Usevitch 表示,大多數軟體機器人一個最大的侷限性在於,必須將它們固定在笨重的空氣壓縮機上,或插在牆上,或說需要繫繩,從而限制了軟體機器人的移動。

“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

機械工程教授、也是論文合著者Allison Okamura認為這項研究的亮點在於提供了設計和製造機器人的新方式,可以鼓勵和啟發機器人領域的創新。


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或在太空有大用


軟機器人領域的研究還處於初期,對其應用還在不斷探索中。


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從研究員們測試等周機器人的航拍視頻中可以看到它能夠把籃球夾緊,並轉移到其他地方。

“大白”與“變形金剛”的合體,會是怎樣的機器人?

同時,它也猶如“變形金剛”,可變換形狀,以適應不同場景需要。研究員表示,這讓該機器人能到達洞穴等危險區域,拯救處於困境的人。


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此外,該機器人還能收縮到0.9米,便於攜帶。研究人員認為其能夠在太空中發揮大用,其中就包括火星。它可以被裝在一個小包裹裡運輸,在太空著陸後充氣,然後利用其變型能力穿過複雜的環境,擠過狹窄的空間,跨越障礙,執行任務。

其中一位研究員認為,軟機器人能做之事或許將超出我們的預期。

剛體機器人即傳統機器人,通常由馬達驅動,慣性非常大,接觸到外界就會發生強烈的衝擊,有一定安全隱患,而且剛體和軟體的環境互動也不容易控制。因此能夠適應各種非結構化環境,並與人類交互更安全的軟體機器人的研究更受歡迎。斯坦福研究員本次創造的機器人結合了軟體機器人軟(充氣管)和傳統機器人的硬(管上的小機器),為軟體機器人提供了創新思路,但其實際應用還需進一步驗證。

目前,研究人員在嘗試多種不同形狀的軟體機器人,測試其功用,並考慮將這類機器人放置水中,測試其是否能“游泳”。不同形狀特點的機器人或能在不同領域發揮各自優勢,尤其在國防、消防、急救等特殊場景。

值得一提的是中國科學家在去年8月研發出首個全新無需繫繩的水母機器人!雖然水母可能不是海洋中游得最快的動物,但它們能以“節能”的方式游泳 。中國科學家參考這種游泳方式創造了該水母機器人,有朝一日將可以自主探索海洋深處。

隨著機器人用途的日趨廣泛,目前軟體機器人不僅應用在災難救援、海底探索、太空任務等極端場景,更已深入醫療、人機交互等傳統場景中,協助人一起完成各項任務。然而,機器人的研發仍然處於前沿探索階段,離實際落地還有很長的路要走,這段路離不開科學家的不斷研究和探索,讓我們拭目以待。


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