近日,土耳其毕(bì)尔肯大学的研究人员发明了一(yī)款微型(xíng)四(sì)足机器人——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(líng)活(huó),可以攀(pān)越其身高2.44倍的障碍,也能绕开障碍物。未来,SQuad或能用于(yú)检(jiǎn)查狭小空间、在废墟(xū)中搜救等。
一(yī)、集合微型、软体机器人优点,运动性能更好
现有微型(xíng)机器人(rén)、软体(tǐ)机器人各有(yǒu)优缺点。
土耳(ěr)其(qí)毕尔肯大学奥努尔·奥兹坎(onur Ozcan)介绍(shào):“我(wǒ)们研究(jiū)微型机器人已有将近10年时间,微型机器(qì)人有许多优点,比(bǐ)如所需材料较少、成本低廉、能够进入狭窄空间等。”
但是,现有微(wēi)型机器人的缺(quē)点也比较突出。“他(tā)们的主要缺点之一是缺(quē)乏运动能力,特别是在不平坦地形上(shàng)。”他说。微型机器(qì)人的高度有限,运动时无(wú)法攀爬(pá)或避开障碍(ài)物,因此(cǐ)很容(róng)易在运动过程中(zhōng)被卡住。
相比于微型机器人,软体机器人的(de)运动性能更好。大(dà)多数软体机器人都是用气动执行(háng)器制(zhì)造(zào)的(de)。研究人员介绍:“这些气动执行器可以(yǐ)和软材料实现非常(cháng)好的集成效果,但(dàn)是(shì)它(tā)们需要一个(gè)压缩气源,这(zhè)往往会(huì)使(shǐ)机器人变得(dé)笨重、或不允(yǔn)许无绳运动(dòng)。”
研(yán)究团队试(shì)图将两种机器人的(de)优点(diǎn)加以(yǐ)结合,制作出综合性能更好的机器人。
首先,奥(ào)兹坎及(jí)其同事(shì)选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等软材料来增加微(wēi)型(xíng)机器人的(de)“身体顺应性(xìng)(body compliance)”,使(shǐ)其运动能力变强。奥(ào)兹坎说:“通过使我(wǒ)们的微型机器人变(biàn)得柔软,它(tā)们能够(gòu)利用自己的身(shēn)体顺应性越过障碍,就像昆(kūn)虫、老(lǎo)鼠(shǔ)等(děng)生物系统那(nà)样(yàng)。”
同时,微型机器人搭载常规执行器来实现小(xiǎo)型化和无绳移动。
经过尝试,研(yán)究(jiū)人员制成(chéng)了微型(xíng)四足机器人SQuad。该机(jī)器人有手掌大小,装配了集成直流(liú)电动(dòng)机(jī)的柔性C型腿,可(kě)以(yǐ)自由旋(xuán)转(zhuǎn)。
二、能爬过身高2.44倍障碍物,或可用于检查、救援
研究人员通过一系列试验评(píng)估了SQuad的性能,并将其与一个(gè)刚性(xìng)材料制成的机器人进(jìn)行比较。结(jié)果(guǒ)显示,SQuad的运动(dòng)性(xìng)能更好。
SQuad能(néng)够爬(pá)过比其身(shēn)高(gāo)还(hái)高1.44倍(bèi)的障碍物,但刚(gāng)性机器人(rén)只(zhī)能爬过(guò)其身高(gāo)0.88倍的(de)障碍物。研究人员认(rèn)为,这是(shì)因为(wéi)两款机器人身体顺应性的差异。
在未来,SQuad可以在(zài)陆地上完成各(gè)种简单的(de)任务。由(yóu)于(yú)具备高度灵活性、身体(tǐ)顺应性和(hé)增强的穿越障(zhàng)碍能力,SQuad可以爬过狭小的开(kāi)口(kǒu)及(jí)在非(fēi)结构化或不平坦的地形上运动。
奥兹(zī)坎也对SQuad的应用表现出信心,他说(shuō):“我们认为(wéi),通过在机器人背上加(jiā)一个小型(xíng)摄像(xiàng)机,我们可以将(jiāng)这种机器人用于检(jiǎn)查目的;通过集成一个摄(shè)像机和麦(mài)克风,就可以将其(qí)用于在(zài)倒塌的建筑物下寻找幸存者。”
结语:设计(jì)还在更新,或(huò)增(zēng)加身体收缩机(jī)制
土耳其毕尔肯大学研究人员(yuán)推出的微型(xíng)四足机器人集合了传(chuán)统微型、软体机器人的优点,能够爬越身高(gāo)2.44倍(bèi)高的障碍物,未来或可应(yīng)用(yòng)于检(jiǎn)查、救援等场景。
此外(wài),为了(le)使SQuad能够应用于更(gèng)多场景(jǐng),研(yán)究人员还在继(jì)续更新设计,钻研能提升机器人步态和动作的(de)技术及性(xìng)能更好的新型聚合物。
奥兹坎还(hái)表(biǎo)示研究团队正在增加一个(gè)身体收(shōu)缩机制(zhì),“(它能)使我们的机器人在通过比其横截面面积小的开口时,短暂地收缩身体,就像老(lǎo)鼠的行为(wéi)那样。我们还在研究机器人的(de)动力学模型,以便更好地理解微型机器人、软(ruǎn)体机器人的运动。”