近日(rì),土耳其毕(bì)尔肯大(dà)学的研究人员发明了一款微型四足机器人(rén)——SQuad。
与现有微型机(jī)器人不同的是,SQuad用软材料制成,行(háng)动更加灵活(huó),可以攀越(yuè)其身高(gāo)2.44倍的障(zhàng)碍(ài),也能绕(rào)开(kāi)障(zhàng)碍物。未来,SQuad或能(néng)用于(yú)检查狭小(xiǎo)空间、在废墟中搜救等。
一、集合微型(xíng)、软体机器人优点,运动性能更好
现有微型机器人、软体机器人各有优缺点。
土(tǔ)耳其毕尔肯(kěn)大学(xué)奥努尔(ěr)·奥兹坎(onur Ozcan)介绍:“我们研究微型机器人(rén)已有将近10年时间,微型机器人(rén)有许多优点(diǎn),比(bǐ)如所需材料较少、成本低(dī)廉、能够进(jìn)入狭窄空间等。”
但是,现(xiàn)有微型机器(qì)人(rén)的(de)缺点也比(bǐ)较突出。“他们(men)的主要缺点之一是缺乏运动能力,特别是在不(bú)平坦(tǎn)地形上(shàng)。”他说。微型机器人的高度有限(xiàn),运动时无法攀爬或(huò)避开障碍物,因此很容易在(zài)运动过程(chéng)中被卡(kǎ)住。
相比于(yú)微(wēi)型机器人,软(ruǎn)体机器人的运动性能更好(hǎo)。大多数软体机器(qì)人都是用气动(dòng)执行(háng)器制造的。研究人员介绍:“这些气动执行器可以和软材料实现非常好(hǎo)的集成效果,但是它们需要一个压(yā)缩气源,这往往会使机器人变得笨重、或(huò)不允许无绳运动(dòng)。”
研(yán)究团队试图将两种机(jī)器人的优点(diǎn)加(jiā)以(yǐ)结合,制(zhì)作出综合性(xìng)能更好的机器人。
首先,奥兹坎及其(qí)同(tóng)事选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等软(ruǎn)材(cái)料来增加微型机(jī)器人的“身体顺应性(xìng)(body compliance)”,使(shǐ)其运动能力变强。奥兹坎(kǎn)说:“通过(guò)使(shǐ)我们的(de)微型(xíng)机器人变得柔软,它(tā)们能够利(lì)用自己(jǐ)的(de)身体顺(shùn)应性越过障碍,就(jiù)像昆虫、老鼠(shǔ)等生物系统那(nà)样。”
同时,微(wēi)型机器(qì)人搭载(zǎi)常规执(zhí)行器来实现小型化(huà)和无绳移动。
经过(guò)尝(cháng)试(shì),研究(jiū)人员制成(chéng)了微型四足机(jī)器(qì)人SQuad。该机器人有手掌(zhǎng)大小,装配了集成直流电动(dòng)机的柔性C型腿(tuǐ),可以自由旋转。
二、能爬过身高2.44倍障碍(ài)物,或(huò)可用(yòng)于(yú)检查、救援(yuán)
研究人员通过一(yī)系列(liè)试验评估了SQuad的(de)性能,并(bìng)将(jiāng)其与一个刚性(xìng)材料制成(chéng)的机器(qì)人进(jìn)行比较。结果显示,SQuad的运动性能更好。
SQuad能够爬过比(bǐ)其(qí)身高还高1.44倍的障碍物(wù),但刚性机器人只能爬过其(qí)身高0.88倍的障(zhàng)碍物。研究人(rén)员(yuán)认为,这是因(yīn)为两(liǎng)款机器(qì)人身体顺应性的差异。
在未(wèi)来(lái),SQuad可(kě)以在陆地(dì)上完成各种简单(dān)的(de)任(rèn)务。由于具备(bèi)高度灵活性、身体顺应性和增强的穿(chuān)越(yuè)障碍(ài)能力,SQuad可以爬过(guò)狭小的开口及在非结构化或不平坦的地形上(shàng)运动。
奥兹坎也对SQuad的应(yīng)用表现(xiàn)出(chū)信(xìn)心,他说:“我们认为,通过在机(jī)器人(rén)背上加(jiā)一(yī)个小型摄像机,我们可以(yǐ)将这种机器人用于检查目的;通过集成一个摄像机和(hé)麦克风,就可以将其用于在倒塌的建筑(zhù)物下寻找幸存(cún)者。”
结语:设计(jì)还在更新,或增加身体收缩机制
土耳其毕尔肯大(dà)学研究人员推(tuī)出(chū)的微型四(sì)足机器人集合了传统微型(xíng)、软(ruǎn)体机器人的优点,能够爬(pá)越身高2.44倍高的(de)障碍物,未来(lái)或可应用于(yú)检查、救(jiù)援等(děng)场景。
此(cǐ)外,为了使SQuad能够应用于更多场景,研究人员还在(zài)继续更新设(shè)计,钻研能提(tí)升(shēng)机器人步态和动作的技术及性能(néng)更好的新型聚合物。
奥兹坎还表示研究团队(duì)正在增加一(yī)个身体(tǐ)收缩机制(zhì),“(它(tā)能)使我们的机器人在通过比其横截面面积小的开口(kǒu)时(shí),短暂地(dì)收缩身体,就像老鼠(shǔ)的行为那样。我们还在研究(jiū)机(jī)器(qì)人的(de)动力学(xué)模型(xíng),以便更(gèng)好地理解微型机器(qì)人、软体(tǐ)机器人的运动(dòng)。”