近日(rì),土耳其毕尔(ěr)肯大学的研究人员(yuán)发明(míng)了一款微型(xíng)四足(zú)机器人——SQuad。
与(yǔ)现有微(wēi)型机器人不(bú)同的是,SQuad用软材料制成,行动更(gèng)加灵活(huó),可以攀越其身高2.44倍(bèi)的(de)障碍,也(yě)能绕开障碍物。未来,SQuad或能用于(yú)检(jiǎn)查狭(xiá)小空(kōng)间、在废墟(xū)中搜救等。
一、集合微型、软体机器人优(yōu)点,运(yùn)动性(xìng)能(néng)更好(hǎo)
现有微型(xíng)机器人、软体机器人(rén)各有优缺(quē)点。
土耳其毕尔肯大(dà)学奥努(nǔ)尔·奥兹坎(onur Ozcan)介绍:“我们研究微型机器人已有将近10年时间,微型机器人有许多优点,比如所需材料(liào)较少、成本低(dī)廉、能够进入狭(xiá)窄空间等。”
但是,现(xiàn)有微型(xíng)机器人的缺点也比较突出。“他们的(de)主要缺点之一是缺乏运动能(néng)力(lì),特别是在不(bú)平坦地形上。”他说。微型机器人的高度(dù)有限,运动时无法(fǎ)攀爬或避(bì)开障碍物(wù),因此很容(róng)易在运动过程中(zhōng)被卡住。
相比(bǐ)于微型(xíng)机器人(rén),软体(tǐ)机器(qì)人的运动性能更好。大多数软(ruǎn)体(tǐ)机(jī)器人(rén)都是用气(qì)动执(zhí)行器制造的。研究人员介绍:“这些气动执行器可以和软(ruǎn)材料实现非常好(hǎo)的(de)集成效果,但是它们需(xū)要一个压缩气(qì)源,这往往会使机器人(rén)变得笨重、或不允许无绳运(yùn)动。”
研究团队(duì)试(shì)图将两种机器人的优点加(jiā)以结(jié)合,制作出综合性(xìng)能更好(hǎo)的机器(qì)人。
首先,奥兹坎(kǎn)及其(qí)同事(shì)选用聚二甲基(jī)硅氧烷(PDMS)等软(ruǎn)材料来(lái)增加微(wēi)型机器人的“身(shēn)体顺应性(body compliance)”,使其运(yùn)动能力变强。奥兹坎说:“通过使我们的(de)微型机器人变得柔软(ruǎn),它们能(néng)够利用自(zì)己(jǐ)的身体(tǐ)顺应性越过障碍,就像昆虫、老鼠(shǔ)等生物系统那样。”
同时,微型(xíng)机器人(rén)搭载常(cháng)规执行器(qì)来(lái)实现小型化和(hé)无(wú)绳移动(dòng)。
经过尝试,研究(jiū)人(rén)员(yuán)制成了微型四足机器人SQuad。该机器人有手掌大小,装配了集成直流电(diàn)动机(jī)的柔性C型腿(tuǐ),可以自由旋转。
二、能爬过身高2.44倍障碍(ài)物,或可用于检查、救(jiù)援
研究人员通过一(yī)系(xì)列试(shì)验评(píng)估了SQuad的性(xìng)能,并将(jiāng)其(qí)与一个(gè)刚(gāng)性材料(liào)制成的机器人进(jìn)行比(bǐ)较。结果显示,SQuad的运动性能(néng)更好。
SQuad能够爬过比其身高还高1.44倍的障碍(ài)物,但刚性机器人只能爬(pá)过其身高0.88倍的障碍物。研究(jiū)人员认为,这是因为两(liǎng)款机器人身体顺应性的差(chà)异。
在未来,SQuad可以(yǐ)在陆地上(shàng)完成各(gè)种简单(dān)的任(rèn)务(wù)。由(yóu)于具备(bèi)高(gāo)度灵活性、身体顺应性和增强(qiáng)的穿越障碍(ài)能(néng)力(lì),SQuad可(kě)以(yǐ)爬过狭(xiá)小的开口(kǒu)及在非结构化或不(bú)平坦(tǎn)的地(dì)形上运动。
奥兹坎也对SQuad的应用表现出(chū)信心(xīn),他说:“我们认为,通过(guò)在(zài)机器人背上加一个小型摄像机,我们可以(yǐ)将这(zhè)种机器人用于检查目的(de);通(tōng)过集成一个摄像机和麦克风(fēng),就可以将其用于(yú)在倒(dǎo)塌的建筑物下寻找(zhǎo)幸存者(zhě)。”
结语(yǔ):设计还在更(gèng)新,或(huò)增(zēng)加身体收缩机制
土耳(ěr)其毕尔(ěr)肯大(dà)学研(yán)究人员推出的微(wēi)型四足机(jī)器人集合了传统微型、软体机(jī)器(qì)人(rén)的优点,能够(gòu)爬越(yuè)身高2.44倍高的障碍物,未(wèi)来(lái)或(huò)可应用于检查、救援等场景(jǐng)。
此外,为了使SQuad能够(gòu)应用于更多场景,研究人员还在继续更(gèng)新设计,钻研能提升机器人步态和(hé)动作的技术及性(xìng)能更好(hǎo)的新型(xíng)聚合物(wù)。
奥兹坎还表示研究团队(duì)正在(zài)增加一个身体收(shōu)缩(suō)机制,“(它能(néng))使我们的机器人在通过比(bǐ)其横截面面积小的开口时,短暂地收缩身体(tǐ),就像老(lǎo)鼠的行(háng)为那样。我们(men)还在研究机器人的动力学模型,以便更好地理解微(wēi)型机器人、软体机器人(rén)的(de)运(yùn)动。”