近日(rì),土(tǔ)耳其毕尔肯(kěn)大(dà)学的研究人员发明(míng)了(le)一款微型四足机器人——SQuad。
与现有(yǒu)微型(xíng)机器人不同的是,SQuad用软材(cái)料制成,行动(dòng)更加(jiā)灵活,可(kě)以攀越其身高2.44倍的(de)障(zhàng)碍,也能绕开障碍物。未来(lái),SQuad或能用于检查狭小空间、在废墟中搜救(jiù)等。
一、集合(hé)微(wēi)型、软(ruǎn)体机器人优点,运动(dòng)性能更好
现有微(wēi)型机器人、软体(tǐ)机器人各有优缺点。
土耳(ěr)其毕尔肯大(dà)学(xué)奥努(nǔ)尔·奥兹(zī)坎(onur Ozcan)介绍:“我们(men)研究(jiū)微型(xíng)机器人已有将近10年(nián)时间,微型机器人有许多优点,比如(rú)所需材料(liào)较少、成本低廉、能够进入狭窄空间等。”
但(dàn)是(shì),现有微型机(jī)器(qì)人的缺点也比较突出。“他们的主要缺点之(zhī)一是缺乏运动能力,特别是在(zài)不平(píng)坦地(dì)形上。”他说。微型机器人的高度有限,运(yùn)动时无法攀爬或避开(kāi)障碍物,因此很(hěn)容易在运(yùn)动过(guò)程中被卡住。
相比于微型机器人,软体机(jī)器人的运动性(xìng)能更好(hǎo)。大多数(shù)软体机器人都(dōu)是用气(qì)动执行器制(zhì)造的。研究人员介(jiè)绍(shào):“这些气动执行器可以和软材料实现非常好的集成效果,但是它们需要一(yī)个压缩(suō)气源,这(zhè)往往会使机器人变得笨重、或(huò)不允许无绳运动。”
研究团队试图将两种机器人的优点加以结合,制作出综合性能更好的机器人。
首先,奥兹坎(kǎn)及其同事(shì)选用聚二甲(jiǎ)基硅氧烷(PDMS)等软材料(liào)来增(zēng)加微型机器人(rén)的“身体顺应性(body compliance)”,使其运(yùn)动能力变(biàn)强。奥兹坎说:“通过使我们的微(wēi)型(xíng)机器人变得柔软,它们能够利用自己的(de)身体顺(shùn)应性(xìng)越过障碍,就像昆(kūn)虫、老(lǎo)鼠等生物(wù)系统那样。”
同时(shí),微(wēi)型机器人搭载常规执行器来实(shí)现小型化和无绳(shéng)移动。
经过尝试,研(yán)究人员制(zhì)成了微(wēi)型四足机器人SQuad。该机器(qì)人有手掌大小(xiǎo),装配了(le)集(jí)成直流电(diàn)动(dòng)机的(de)柔性C型腿,可以自由旋转(zhuǎn)。
二、能(néng)爬(pá)过(guò)身高2.44倍(bèi)障碍物,或可用于检查、救(jiù)援
研究(jiū)人员通过(guò)一(yī)系列试验评估了SQuad的性能,并将其(qí)与一(yī)个(gè)刚性(xìng)材料制成(chéng)的机(jī)器(qì)人进(jìn)行比(bǐ)较。结果显示,SQuad的运动性能更(gèng)好。
SQuad能够爬过比其身高还(hái)高1.44倍(bèi)的障碍物,但刚性机器人只能爬过其身(shēn)高0.88倍的障碍物。研究(jiū)人员认为(wéi),这是因为两款机器人身体(tǐ)顺应性的(de)差异。
在未来(lái),SQuad可以在陆地上完成各种简单的任务。由(yóu)于具备高度灵活性、身体顺(shùn)应性和增强的穿越障碍(ài)能力,SQuad可(kě)以爬过狭小的(de)开口及在非结构(gòu)化或不平坦(tǎn)的地形上运动。
奥兹坎也对SQuad的应用表现出信心,他说:“我们认(rèn)为,通过在机器人背上加(jiā)一个小型摄(shè)像机,我们可(kě)以(yǐ)将这种机(jī)器人用于检查(chá)目的;通过集成一个摄像机和(hé)麦克风,就可(kě)以将其用于在倒塌的建筑物下寻找幸存(cún)者。”
结语:设计还(hái)在更新,或增加身体收缩机制(zhì)
土耳其(qí)毕尔肯大学研究人员(yuán)推出的(de)微型四足机器人集(jí)合了传统微型、软体机器人的优点,能够爬越身(shēn)高(gāo)2.44倍(bèi)高(gāo)的障碍物,未来或可(kě)应(yīng)用于检查、救援(yuán)等场景。
此(cǐ)外,为了(le)使SQuad能(néng)够应用于(yú)更多场景,研究人员还在继(jì)续更新设计,钻(zuàn)研能提升机器(qì)人步态和动作的技术及(jí)性能(néng)更好的新型(xíng)聚合物。
奥兹坎还表示研究(jiū)团(tuán)队正在增加一(yī)个身(shēn)体收缩机制,“(它能)使我们的机器人在通过比(bǐ)其(qí)横截面(miàn)面积小的开口时,短暂地收缩身体,就像(xiàng)老鼠的行为那(nà)样(yàng)。我们还在研究机(jī)器人的动力学模(mó)型,以便更(gèng)好地理解微型机器人、软体机(jī)器人的运动。”