美科学家研制出最新软体机器人驱动器

这款机器人是由美国康奈尔大学和哈佛大学的联合研究团队在2011年发布的,其是传统软体机器人的进化版,当初研究人员建立这款机器人的原因就是想让这种机器人可以像无脊椎动物一样运动。最新机器人体积很大,而且具有背部驱动器,相反第一款软体机器人采用了的是一个外部驱动器,同时需要一个空气软管。而新款的软体机器人可以自主运动。研究人员最开始研发这款软体机器人的时候希望它可以用于救灾领域,这就要求其材质必须要非常强大,由于机器人的驱动器和电子元件都暴露在背上,所以研究人员让汽车从机器人的身上压过来检测其硬度。同时这款机器人还可以承受不同的自然条件,可以在水深5厘米的地方工作,也可以在风速为40千米/小时的环境中正常使用。对于这款机器人来说极热和极寒的条件也可以承受,不会有明显的损坏,研究人员曾做过测试,在零下9度的条件下可以正常工作,如果将其防止2700度高温的甲烷火焰中20秒,那么机器人只会在表面会出现轻微损伤。

图片 1章鱼软体机器人
美国科学家携手研制出了一款外表酷似章鱼的章鱼机器人,这款湿软的机器人身高不足2厘米,是第一款全部由柔性零件组成的全自动、自带燃料、自给自足的机器人。据英国《自然》杂志近日报道,研究人员称,章鱼机器人正在软体机器人的海洋中翻起朵朵浪花。
制造出柔性零件是关键
近年来,工程师和科学家们对软体机器人的兴趣与日俱增,他们希望超越类似终结者那样由坚硬的金属材料制成的机器人,设计出一些新型机器人:它们能被挤压进紧密的空间内;能根据周围环境改变形状;或者能安全地操作精巧的物体。
想象非常美好,但对研究人员而言,在现实生活中制造出能替代电池、电路等刚性部件的柔性零件,一直是横亘在研制软体机器人道路上的拦路虎。麻省理工学院人工智能实验室主任、机器人专家丹妮拉鲁斯称:在传统机器人身上,大脑、电子设备、电池,这些零件都很坚硬。软体机器人是一个新领域,令人兴趣盎然。
新研制出的章鱼机器人由硅橡胶制成,其大脑是一款柔性微流体芯片,内部的阀门和开关由压力激活,引导液态燃料流过身体,从而控制8只爪子的动作。该研究的领导者之一、哈佛大学工程师罗伯特伍德说:它类似一个普通电路,只不过不是传递电子,而是传递液体和气体。
章鱼机器人的身体由3D打印而成。为制造章鱼机器人的身体,研究人员将硅橡胶倾倒入一个章鱼形状的模具中,接着用3D打印机朝其中注入特殊墨水,随后通过加热来矫正其结构,并使墨水蒸发在机器人的爪子内部留下一个中空的网络并同大脑相连,机器人的大脑通过这个中空管道同爪子交谈。
摒弃电池使用液态燃料
很多软体机器人会与压缩空气罐相连,利用其提供电力,但这会限制机器人的行动范围,为此,伍德和同事另辟蹊径,使用液体燃料并利用化学反应来为这个机器人供电。
他们的燃料是浓度为50%的过氧化氢溶液,章鱼机器人的内部充满了这种溶液,与此同时,他们也朝机器人内部注入了铂(充当催化剂,为了达到更好的效果,实际采用的是铂金属粉末),当溶液遇到铂,它很快会分解成体积更大的水和氧气。随着氧气增多,章鱼机器人身体内的压力加大,就会打开一些微阀门而关闭另一些微阀门,使燃料每次只流向系统的一边,让这边的四条爪子充满氧气,从而驱动章鱼的爪子向前伸展。随着这边的燃料不断消耗,内部压力下降,使燃料进入另一边,这边关闭,整个爪子向前伸展的剧情再次上演一遍。
意大利圣安娜高级研究学院的塞西莉亚拉丝慈说:微流体和化学反应的联姻非常有趣。这是一种全新且与众不同的制造和看待软体机器人的方式。
进一步提高软硬件性能
目前,这款章鱼机器人能活动大约8分钟,消耗的燃料为1毫升。伍德说,他们并没有设计让这款机器人执行特定的任务,它也不能模拟真正章鱼的一举一动,它只不过证实了这一技术可行。研究人员表示,未来,他们将进一步提高微流体电路的复杂程度,使其更耐用;而且改进爪子设计的方法,让其能更好地运动,如此一来,得到的软体机器人或能实现更复杂的运动。
美国康奈尔大学的材料工程师罗伯特谢普德对《自然》杂志说:现在,我们需要解决的问题是,如何对机器人重新编程,让其执行不同的运动并对环境做出反应,而不仅仅是执行预编程的指令序列。谢普德目前专注于研究是否能让效率更高的微流体电路同柔性传感器相结合,从而制造出更智能、更能适应环境的软体机器人。
研究人员指出,虽然软体机器人仍处于萌芽和起步阶段,但它或许能在很多领域大展拳脚,比如维修和检测设备、执行搜救行动以及进行环境探测,甚至在医学领域发挥重要作用。来源:科技日报

软体机器人具有弹性,比利用硬质材料制成的传统机器人更能适应一些自然环境。但是,因为需要通过电池或电线将其与固定电源连接起来以提供动力,软体机器人的自主性一直受到限制。

美国康奈尔大学和哈佛大学的联合研究团队研究出了一种新的软体机器人,虽然这种机器人运行起来的样子不是很好看,运行速度也不是很快,但是它却有很多独一无二的特点,它可以承受汽车的碾压,并且丝毫不会损坏,同时还可以承受火烧和冰冻,可以在极端条件下正常使用。

研究人员总结说,这项新设计和新制造方法为未来制造新一代完全自主而且能够执行更加复杂功能的软体机器人奠定了基础。

内容摘要:美国科学家在2011年发布了最新版本的气体驱动软体机器人,最新的软体机器人的驱动器位于机器人的背部,而且这种最新机器人的功能更强大,抗碾压,可以在极热和极寒的条件下使用。…

一项新研究展示了一个受章鱼启发而研制的完全软体自驱动机器人。相关成果近日在线发表于《自然》。

这款最新的软体机器人长约65厘米,由非常稳定的合成材料支持,外形看起来非常简单,和其他的机器人一样,也是由躯干和四肢组成,四肢是由单独可控制的中空室组成。同时这款软体机器人的驱动器现在位于机器人的背部,驱动器是由一个电驱动压缩机、阀门、控制器和电池组成,电池可以持续使用两个小时。这款软体机器人主要依靠气体驱动,压缩机将空气泵入中空室中,这是机器人的躯干部分就会伸展开来,然后形成运动形状,压力可以高达1.38bar。四肢会交替充气,这样机器人就可以匍匐前进,但是运动速度较慢,一小时可以前进18米。

美国马萨诸塞州剑桥哈佛大学Jennifer
Lewis及同事报告称,新研发的机器人拥有8条手臂,通过过氧化氢燃料源与小心放置的铂催化剂反应生成氧气,以气动方式驱动手臂运动。他们综合运用多种方法制造出这种“八爪机器人”,包括利用3D打印技术打印软性身体内的气动网络。该八爪机器人可以运行4~8分钟,作者表示,通过进一步改进用以控制燃料利用方式的元件设计,可以延长机器人的运行时间。

除了必要的元件之外,该软体机器人还配有了很多额外元件,如很多传感器和摄像头,由于软体机器人特殊的运动方式,所以图片会出现很严重的抖动情况,因此配备的各种元件都是经过防抖处理。研究人员在专业杂志《软机器人技术》中写道,这款机器人最高可以承受8千克的重量。

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但是这款软体机器人有一个不足之处就是,这款机器人的驱动和控制装置是由刚性部件组成,并且位于机器人的背部,所以在测试过程中汽车只能压过机器人的腿部。如果想要更好的保护控制和驱动装置,研究人员下一步需要做的就是将这些部件植入到机器人的四肢之中。另一个更好的办法就是,通过其他的软性部件来替代刚性部件,如果这种实验成功,那么将会是软性电子和电池领域的一大技术性突破。