仿章魚機器人可任意變形 應(yīng)用前景十分值得期待

3月19日消息，斯坦福大學(xué)的機器人團隊新近發(fā)明了一款軟體機器人，可以任意改變形狀，據(jù)稱設(shè)計人員是從章魚身上得到了靈感。機器人由柔軟織物材質(zhì)的管道和滾筒模塊組合而成，管道里充滿空氣。使用者只需操控配套的小型發(fā)動機，就可讓機器人改變形狀。

斯坦福大學(xué)機械工程專業(yè)研究生內(nèi)森·烏瑟維奇（Nathan Usevitch）是這個項目的參與者之一，他將這款機器人描述為“電影《超能陸戰(zhàn)隊6（Big Hero6）》中的角色大白（Baymax）和變形金剛（Transformers）的混合體”。

這項研究已于本周三發(fā)布在《科學(xué)機器人學(xué)（Science Robotics）》上，論文題目是《一種無繩系等周柔性機器人（An untethered isoperimetric soft robot）》。

一、機器人設(shè)計新思路：淘汰系繩、簡易組裝

考慮到工程作業(yè)的環(huán)境條件，機器人必須具有足夠的安全性和環(huán)境適應(yīng)性。除了結(jié)實耐用，還要能夠靈活移動。要滿足這些條件，不僅要有配備精準(zhǔn)的控制算法和強大的傳感器，還需要適應(yīng)性更好的結(jié)構(gòu)與之相配，而現(xiàn)有的機器人尚不能滿足這些要求。

目前市面上主要有軟式、集體式和桁架式三種機器人。軟式機器人安全性高，較為堅固，但需要用系繩與空氣壓縮設(shè)備相連。集體式機器人模塊化程度高，但子單元過于復(fù)雜。桁架式機器人可以變形，但只能在固定方向線性伸縮。

在論文中，研究人員稱其發(fā)明的“無繩系等周柔性機器人（An untethered isoperimetric soft robot）”綜合了三種機器人的優(yōu)點，擺脫了結(jié)構(gòu)限制。

這款機器人主要由織物管和3個滾筒模塊組成，滾筒模塊包含機械滾筒和小型發(fā)動機兩個部分。滾筒模塊安裝于織物管上，其中一個將織物管首尾相接，另外兩個可在管道上移動，與織物管一起組成三角形。

使用時利用滾筒夾緊織物管，使其維持固定的形狀。一旦需要機器人變形，則可利用小型發(fā)動機驅(qū)動滾筒移位，給織物管重新“塑形”。在滾筒移動過程中，機器人形狀改變，但織物管的長度及其內(nèi)部空氣量保持不變。也有研究人員因此稱其為“等周機器人”。

對于這款機器人的獨特結(jié)構(gòu)，斯坦福大學(xué)航空航天助理教授麥克·史瓦格（Mac Schwager）評價到：“讓我感到興奮的是，這款機器人實際上是由幾個機器滾軸組成的集合體，他們通過協(xié)同運作來移動機器人和改變形狀。這使其成為了一個適應(yīng)性強而堅固的系統(tǒng)。”

二、移動靈活，能撿球，還能變身“形狀顯示器”

研究人員曾將幾個機器人組合在一起，用發(fā)動機驅(qū)動其移動，最終成功操縱機器人撿起了一個球。此外，機器人還可以推動球向前滾動。這就說明此種機器人可以接近物體、撿起物體，再將其移動至特定位置。而這些操作對于夾鉗機器人來說則很難完成，這也意味著軟體機器人未來將有更多可能的應(yīng)用場景。

1、太空旅行好幫手

研究人員認為這種機器人擁有易于收納的外形，使用起來還很靈活，十分適合用于太空旅行。斯坦福大學(xué)機械工程專業(yè)的研究生扎卡里·哈蒙德（Zachary Hammond）認為，“在另一個星球上，它可以利用其變形能力穿過復(fù)雜的環(huán)境，擠過狹小的空間，跨越障礙物?！?/p>

在論文中研究者寫到：“在太空漫游任務(wù)中，可以在發(fā)射前排空機器人氣體，著陸后再充氣，使其完成任務(wù)，這樣就不必擔(dān)心能源問題了。另外機器人的柔軟特性也使其更加強健，適用于復(fù)雜地形，也可用于執(zhí)行情況未知的任務(wù)?！?/p>

2、與工人協(xié)同工作

這種機器人同樣適合工業(yè)使用。例如當(dāng)工人用螺栓裝配零件時，可利用機器人來固定零件。

3、教學(xué)交互小工具

將機器人改造為教育工具也未嘗不可。可鼓勵學(xué)生自主組裝硬件，與機器人進行身體互動。

4、其他方面

論文中提到，如果增加更多的滾筒模塊，就可將機器人改裝為“形狀顯示器”，在改變形狀時做到更為動態(tài)流暢，甚至成為高刷新率的3D打印機。

如果將觸摸感應(yīng)應(yīng)用到機器人中，用戶就可與顯示的形狀即時交互。

甚至可以應(yīng)用同一組硬件完成用戶的不同需求。當(dāng)需要疏通管道時，就組裝一個鏈?zhǔn)綑C器人，如果想要機器人快速移動，就將其組裝為球型。

結(jié)語：柔性機器人集合以往產(chǎn)品優(yōu)勢，前景樂觀

以往的機器人各有優(yōu)點，但均無法獨立勝任工程作業(yè)任務(wù)，而斯坦福團隊發(fā)明的“無繩系等周柔性機器人”則為這一問題提出了解決方案。通過對目前的軟式、集體式、桁架式機器人分別揚長避短，新型機器人無疑可以承擔(dān)起工程任務(wù)。

除工程應(yīng)用以外，新型機器人也在航空、教育、3D打印等方面顯示出了應(yīng)用可能，應(yīng)用前景十分值得期待。