蛇形(xíng)机器(qì)人一直是卡内基梅(méi)隆大(dà)学(CMU)机器人实验室最引人注目的项目(mù)之(zhī)一,早在十(shí)年前,CMU的(de)仿(fǎng)生机(jī)器人实验室就开始了(le)该项目(mù)的工作(zuò),并在两年后研发出了(le)第一台可自主移动的蛇形机(jī)器人(rén)。这款机器人(rén)依据仿生(shēng)学原理设计,体型(xíng)瘦而长(zhǎng),头部装有相(xiàng)机,适合在狭小(xiǎo)空间作(zuò)业,如(rú)进入人类(lèi)无法到达的区域进行搜索和救援。
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尽管机器人的(de)商业转型非常成功,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研究领(lǐng)域的一个突(tū)破(pò)口(kǒu),它的(de)研究方向也为蛇形机器(qì)人应用场景带来了(le)更多可能性。
模块化(huà)组合(hé)让机器人更(gèng)“灵(líng)活”
在过去(qù)十年中,大大(dà)小小的机器(qì)人社区(qū)风靡美国,机器人爱好者们仿照(zhào)乐高机器人(rén)的搭(dā)建方法(fǎ),在蛇形机器人(rén)中引入模(mó)块(kuài)化组合方(fāng)式,甚至设(shè)计出了(le)即插即用的机器(qì)人执(zhí)行器(qì)。
在最新版本的CMU蛇形机器人中,研究人(rén)员采用(yòng)了模(mó)块化概念,在各关节部位安装压力传(chuán)感器,机器(qì)人能感知(zhī)力度,缠(chán)绕(rào)住(zhù)物体后可紧(jǐn)贴向上(shàng)移(yí)动,省去了根据环境预(yù)编程移动路(lù)径的麻烦(fán)。
模块(kuài)化设计的(de)一大优点是可以任意增加、减少互换组件来改变机(jī)器人的长度,这扩大(dà)了机器人的适用范围,但显然研究人员的(de)脑(nǎo)洞不止于此(cǐ)。如今(jīn)在匹(pǐ)兹堡实验室中的机(jī)器人“蛇”长出(chū)了(le)不(bú)少“腿”,这使(shǐ)它(tā)看起来更像一只金属昆虫或甲壳类动物。
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研究人员称之为“蛇怪”。它(tā)沿(yán)用了原蛇形机器人的“头部(bù)”和“腿部(bù)”,只是改(gǎi)变了组合方式。较之蛇形机(jī)器(qì)人,“蛇怪”的身体(tǐ)构造为电源和其他(tā)内部组件提供了更(gèng)多空(kōng)间(jiān),这意味着机器人(rén)的每个关节(jiē)都将变得更灵活(huó),可以(yǐ)不受限制地走动。同时,“蛇怪(guài)”内(nèi)置压力传(chuán)感器,即使“长”了六条(tiáo)腿,它同样可以抱紧物体向上滚动。“蛇怪”没有配备视觉传感器,也不支持路(lù)线编程规划,它(tā)完全仿照动(dòng)物与环境的交互方式,根(gēn)据状(zhuàng)态变化不断调整自己以适应环境。
蛇形机器人(rén)大有用(yòng)处
此前,日本京都大学、金(jīn)泽大学和冈(gāng)山大(dà)学(xué)等(děng)的研究(jiū)小组研发出一款蛇形机器人,可在复杂弯曲的管道中蜿蜒前行实施调查,还有望用于灾害时因危险(xiǎn)导致人不能进入的建筑内部探查;据悉该机器(qì)人(rén)全(quán)长约2米(mǐ),重约9公斤,搭载高性能传感器(qì),以回声(shēng)确定自身位置,操作中不会(huì)迷(mí)失方向。
同时可(kě)通过喷射空气来抬(tái)高配备(bèi)摄像头的前端部分,以收集详细信息。此外从瓦砾上通过时,还能像蛇一样缠绕很细的(de)管道外侧向上(shàng)攀爬。
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美国范(fàn)德(dé)堡大学机(jī)械工程学院(yuàn)的教(jiāo)授们(men)曾研发出一款用(yòng)于帮助医生手术的(de)蛇形机器人,在医生(shēng)显微外科手术(shù)中医生失去触觉(jiào)和感知压(yā)力的能力、视(shì)线也受阻(zǔ)时,这款灵活的蛇形机器人可以钻到身(shēn)体里的某个部分,代替医生的手部操(cāo)作。
作为外科医生的(de)得力助手,这(zhè)款蛇形机(jī)器人能够(gòu)提高医生们的专业(yè)技能,并最终提高手术的质量。它们也可以在很小的空间内(nèi)进行移动,然后完成各种复杂(zá)的手臂任务,比如缝针(zhēn)。