蛇形机器人一直是卡内基梅隆大学(CMU)机器人实验室最引人注目的项目(mù)之一,早在十(shí)年前,CMU的仿生机器人实验(yàn)室就开始了(le)该项目的工作,并在(zài)两年后研发出(chū)了第一台可自(zì)主移动的蛇形机器人。这(zhè)款机(jī)器人(rén)依据(jù)仿生学原理设计(jì),体型瘦而(ér)长,头部装有相机,适合在狭小空间作业,如进入人类无法(fǎ)到(dào)达(dá)的区域进行(háng)搜(sōu)索和救援。
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尽管机器人(rén)的商(shāng)业转型非常成功,但CMU的研究人员更关注它在科研上的作用,他们认为,蛇形机器人会是机器人(rén)研究领(lǐng)域的(de)一个突破口,它(tā)的研究方向也为蛇形机(jī)器人(rén)应用场景带来(lái)了更多可能(néng)性。
模(mó)块化(huà)组合让(ràng)机器人更(gèng)“灵活(huó)”
在过去十年中,大大小小的(de)机器人社区(qū)风靡(mí)美国(guó),机器人爱好者(zhě)们仿照乐高机器人的搭建方(fāng)法(fǎ),在蛇形机器人中引入模块化组合(hé)方式(shì),甚至设计(jì)出(chū)了即插即用的机器人执行(háng)器。
在最新版本(běn)的CMU蛇形机器人(rén)中,研究人员采用了(le)模块化概念(niàn),在各关(guān)节(jiē)部位安装压力(lì)传感器,机(jī)器(qì)人能感知(zhī)力度(dù),缠(chán)绕住物体后可(kě)紧(jǐn)贴向上移动,省(shěng)去了根据环境预(yù)编程移动路径的麻烦。
模块化设计(jì)的一(yī)大优(yōu)点是可以任意(yì)增加、减少互换组件(jiàn)来(lái)改变机器人的长度,这扩大了机器人(rén)的适(shì)用范围,但显然(rán)研究人(rén)员的脑洞不止于此(cǐ)。如(rú)今(jīn)在(zài)匹(pǐ)兹堡实验室中(zhōng)的(de)机器人(rén)“蛇”长出了不少(shǎo)“腿”,这使它看起来更像(xiàng)一只金属昆虫或甲(jiǎ)壳类动物。
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研究(jiū)人员称之为“蛇怪”。它沿用了原蛇(shé)形机器人的“头部”和“腿部”,只是(shì)改变了组合方式。较之(zhī)蛇形机器人,“蛇怪”的身体构造(zào)为电(diàn)源和其(qí)他内(nèi)部组件提供了更多空间,这意味(wèi)着(zhe)机器人(rén)的每个关节(jiē)都将变得更灵活(huó),可以不(bú)受限制地走(zǒu)动。同(tóng)时,“蛇怪”内置压力传感器,即使“长(zhǎng)”了六(liù)条腿,它同样可以抱紧物体向上(shàng)滚动。“蛇怪”没有配备视觉(jiào)传感器,也(yě)不支持(chí)路线编程规划,它完(wán)全仿(fǎng)照动物与环境的(de)交互方式,根据(jù)状态变化不断调整(zhěng)自己以适应环(huán)境。
蛇形机器人大(dà)有用处
此前,日(rì)本京都大学、金泽大(dà)学和冈山大学(xué)等的(de)研究小组研发出(chū)一款蛇(shé)形机器(qì)人,可在复杂弯(wān)曲的管道中蜿(wān)蜒前行(háng)实施调查,还有(yǒu)望用于灾害(hài)时(shí)因(yīn)危(wēi)险导致人不能进(jìn)入的(de)建筑内(nèi)部探(tàn)查;据悉该机器人全长约2米,重约9公斤,搭载高性能传感器,以回声确定自身位置,操作(zuò)中不会(huì)迷失(shī)方向。
同时可通过喷射空气来抬高配备摄像头(tóu)的前(qián)端部分(fèn),以收(shōu)集详细信息。此外从瓦砾上通过时,还能像蛇一(yī)样缠绕很(hěn)细的管道外侧向(xiàng)上(shàng)攀爬(pá)。
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美国范德堡大学机械工(gōng)程学院的教(jiāo)授(shòu)们曾研发出一款用于帮助医生手术(shù)的蛇形机器人,在医生(shēng)显(xiǎn)微外科(kē)手术(shù)中医生失去触觉和感知(zhī)压(yā)力的能(néng)力、视线也受(shòu)阻时,这款灵(líng)活的(de)蛇(shé)形(xíng)机器人(rén)可以钻(zuàn)到身(shēn)体里的某个部(bù)分,代替医生的手部操作。
作为外科医生(shēng)的得力(lì)助手,这款(kuǎn)蛇(shé)形机(jī)器人能够提高医生们的专(zhuān)业技能(néng),并最终提高手术的质量。它们也可以(yǐ)在很小的空间内进行(háng)移动(dòng),然后完成各种复杂(zá)的手臂任务,比如缝针。