用吸管制造出来的高科技:像蜘蛛一样爬行的半软体机器人
发布时间:2017-07-18  |  浏览次数:52次
  摘要:

哈佛大学两位博士后Whitesides 和 Alex Nemiroski,用吸管搭建起的半软体机器人,其研究成果发布在『Soft Robotics』杂志上。


提及机器人,

很多人可能会想到变形金刚,

变形金刚.jpg

或是『机器姬』里

拥有超级大脑与复杂情感的Ava。

机器姬.jpg

其实,广义上的「机器人」并不局限于

有人的外形或人的思维,

而是指

「能自动执行工作程序的机器装置」。

所以实际上建造一个机器人,

可能远比我们想的要简单,

比如像哈佛大学两位博士后

哈佛教授.jpg

Whitesides 和 Alex Nemiroski,

用吸管搭建起的半软体机器人,

其研究成果发布在『Soft Robotics』杂志上。


与传统的软体机器人最大的不同在于

它是用生活中最常见的吸管制作成的。

除了拥有软体机器人的灵活柔韧性以外,

还兼具敏捷迅速的优点。


传统的软体机器人都是通过

气动或者是电致弹性高分子驱动的,

运动不是特别快。

哈佛软体机器人4.jpg

由于软体机器人具有

很多传统刚体机器人不具备的优势,

所以科学家们极力想研究出一种

拥有软体特性但又能敏捷灵活运动的

运动形态结构。


Whiteside教授从

小昆虫们的世界里找到了灵感。

“环顾我们周边的世界,

会发现很多小生物,如蜘蛛与昆虫。

它们行动敏捷,

能做很多大型硬性机器人做不到的事情。

它们才是地球上最通用的生物形态,

我们能从他们身上得到很多

仿生技术的启示。”

昆虫.jpg

昆虫的身体具有坚硬的外骨骼,

但是他们的肢体却由

很多个灵活的关节和有力的肌肉

连接起来,十分灵敏。

它们可以奔跑、攀爬、跳跃、并拥有

巨大的力量(与自身体重相比)。

机器人教育.jpg

昆虫的运动能力也不错,

大家只要观察过蜜蜂,

追打过小强就知道它们多厉害了。

昆虫的肢体如此强悍,

那科学家想要造出这样的身体,

该使用什么材料和结构呢?

一番仔细的观察和搜索之后

吸管来到了科学家们的面前。


高分子的吸管具有很高的强度重量比,

同时具有弹性和韧性。

可以为结构提供支撑和力量。

他们通过给吸管弯折,

加上气阀并加上了弹性装置。


半软体机器人8.jpg

在充气的时候吸管可以伸开,

而放气的时候它就能收缩回来。

这样一个简单的关节就做好了。

半软体机器人9.jpg

最后,

在机器人身上安装了arduino控制器,

半软体机器人10.png

微型压缩机和微型气阀,

就可以灵活迅速的控制每个关节的伸缩。

一只活蹦乱跳的机器人就做好了!

半软体机器人10.jpg

半软体机器人11.jpg

双足大侠


随后将这样的关节组合起来,

四个、六个、八个,

就可以模仿不同的昆虫步态了。


半软体机器人12.jpg

软体机器人.gif

六足昆虫的步态行为

半软体机器人13.jpg

八足昆虫的步态


不过随着腿数量的的增加,

控制难度也会加深。

它们还有水上漂神功。

半软体机器人14.jpg

其实,之前这个实验室就推出过

类似的充气式软体机器人,

不过有难以保持站立平衡及行走笨拙等缺点。

而这次的吸管式机器人则被设计的更加灵活,

并有望在将来应用在

自然灾害或冲突地区的搜索行动中。


尽管这种软体机器人暂时无法投入现实应用,

其控制技术也偏向简单,

但 Whitesides 认为其意义在于思维上的创新,

尤其是其使用日常的现成材料,

并从生物规律中获得启发,

进行技术上的重塑,

这对于未来的创新方向具有指导意义。


而 Nemiroski 则补充说道:

「这里真正吸引人的正是简单。

我们利用现成的材料,

在施工与控制方面非常简单,

通过将单一执行器进行有机组合的方式,

就可以实现复杂的多维运动,

这是一件能让我们自豪的事。」


       格物观点:参加格物斯坦机器人教育的小朋友们,其实创造机器人并没有我们想得那么难,我们可以多多留意、学会运用身边的物品来进行小创造。


1499050995954390.jpg