仿生學(xué)技術(shù)可讓機(jī)器人完成多個(gè)仿生動(dòng)作

（文章來源：中國機(jī)器人網(wǎng)）

人工智能和機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)通常受人類和動(dòng)物自然界中存在的模式的啟發(fā)。通過多種變形機(jī)制，例如化學(xué)溶脹，皮膚拉伸或折紙變形，科學(xué)家們已在機(jī)器人中復(fù)制了在動(dòng)物中觀察到的運(yùn)動(dòng)模式。

大自然通過獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)模式表現(xiàn)出自適應(yīng)和極端的形狀變形。它們中的許多已通過整體形狀改變機(jī)制進(jìn)行了解釋，例如化學(xué)溶脹，皮膚拉伸，折紙/折紙變形或幾何外翻，已成功地模擬了人工類似物。但是，仍然存在未經(jīng)探索的自然變形機(jī)制，無法通過“單模”變形機(jī)制在人工系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)制。一個(gè)例子是動(dòng)物們的的“雙?！弊冃危鞒虅?dòng)作變形），例如鵜鶘鰻就先展開然后膨脹，之后以最大程度地吞噬獵物。

韓國首爾國立大學(xué)軟件機(jī)器人研究中心和葡萄牙的雷比科夫-尼格勒基金會(huì)（FRN）的研究人員最近開發(fā)了一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)靈感來自于生活在深海中的魚類鵜鶘鰻。在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上發(fā)表的一篇論文中介紹了他們的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，這是受動(dòng)物或自然現(xiàn)象啟發(fā)的一系列設(shè)計(jì)中的最新設(shè)計(jì)。

為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則的有效性，科學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)模仿鵜鶘鰻魚并復(fù)制仿生雙重形態(tài)行為的人工生物。通過將基本的雙變形單位細(xì)胞組合到傳統(tǒng)的折紙框架中，科學(xué)家展示了軟機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，這些體系結(jié)構(gòu)展示了部署-組合的自適應(yīng)抓取，爬行和大范圍的水下運(yùn)動(dòng)。此設(shè)計(jì)原則可以為設(shè)計(jì)生物啟發(fā)，自適應(yīng)和極端形狀變形系統(tǒng)提供指導(dǎo)。

研究的通訊作者和首席研究員Prof. Kyujin Cho教授告訴作者：“在過去的幾年中，我們一直致力于研發(fā)幾個(gè)仿生機(jī)器人，包括受到水黽啟發(fā)的機(jī)器人和水面跳躍機(jī)器人，這些成果都發(fā)表在科學(xué)，以及受折紙靈感啟發(fā)的變形機(jī)器人和軟體機(jī)器人等也都是我們的發(fā)明，我們認(rèn)為這個(gè)可拉伸折紙的研究可以被稱之為是我們對先前作品的結(jié)合體?！?/p>

在研究鵜鶘鰻魚如何膨脹嘴巴時(shí)，Cho和他的同事假設(shè)可以使用折紙展開和柔軟的皮膚拉伸技術(shù)將這種行為復(fù)制到機(jī)器人中。這激發(fā)了他們設(shè)計(jì)由可拉伸和柔軟的材料制成的基于折紙的架構(gòu)，從而使機(jī)器人的形狀發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化。

到目前為止，大多數(shù)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用軟材料或基于折紙的設(shè)計(jì)開發(fā)了機(jī)器人。軟機(jī)器人與基于折紙的架構(gòu)之間的主要區(qū)別在于，前者通過拉伸皮膚來改變形狀，而后者則通過展開折痕來改變形狀，就像日本的折紙藝術(shù)一樣。

當(dāng)試圖吃獵物時(shí)，鵜鶘鰻魚會(huì)表現(xiàn)出極其獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)，包括展開其折痕和使其嘴膨脹。在他們的研究中，Cho及其同事著手將折紙啟發(fā)的技術(shù)與軟材料的使用相結(jié)合，從而在機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)中復(fù)制這種行為。

研究的第一作者，機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)者Woongbae Kim解釋說：“我們的可拉伸折紙完全由可拉伸材料制成，因此體現(xiàn)了展開和拉伸的變形模式?！?“與其他復(fù)制了整體形狀改變機(jī)制的受生物啟發(fā)的體系結(jié)構(gòu)相比，雙重變形原理可以通過兩種不同的功能運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)極端的形狀變形?！?br /> ? ? ? ?