史上最快机器蟑螂,6 秒内穿越 1.2 米迷宫,登上 Science 子刊

智东西 2021/7/7 19:17:17 责编:骑士

智东西 7 月 7 日消息,据美国媒体 Tech Xplore 报道,近日,加州大学伯克利分校(University of California,Berkeley)的一个研究小组,利用昆虫粘性脚垫背后的静电粘附原理,升级其研发的昆虫级软体机器人,可以成功穿越如迷宫等复杂地形。

这种小型昆虫级软体机器人速度也很快,穿过 120 厘米迷宫耗时 5.6 秒,超常见昆虫水平。

这种昆虫级软体机器人仅使用电池供电时,可以携带气体传感器工作 19 分 31 秒。由于设计简单,即使被 120 磅重的人踩到,这种机器人也能保持完好。

该研究论文题目为《静电脚垫使具有轨迹控制的敏捷昆虫级软体机器人成为可能(Electrostatic footpads enable agile insect-scale soft robots with trajectory control)》,于 6 月 30 日发表在《科学:机器人学》上。

论文链接:

https://robotics.sciencemag.org/content/6/55/eabe7906

01. 蟑螂大小,攻克敏捷性和轨迹控制难题

对于没有刚性结构来支持快速操作的软体机器人来说,要实现拥有敏捷性和轨迹控制能力,非常具有挑战性。

加州大学伯克利分校的机械工程教授林立伟(Liwei Lin)说:“如今最大的挑战之一,是制造能保留更大机器人的能源能力和控制能力的小型机器人。对于大型机器人,装载大号电池和控制系统很简单。但是当试着把机器人各部件不断缩小尺寸时,这些设备对机器人来说就变得很难携带,会使机器人移动得非常缓慢。”

加州大学的这个研究小组在 2019 年就设计过一种类似蟑螂大小的机器人。

该机器人由一种薄的分层压电薄膜材料构成,当施加电压时,这种材料会弯曲和收缩,可以实现以每秒移动约自身长度 20 倍的速度或约每小时 1.5 英里的速度在平坦的表面上疾驰,几乎和活体蟑螂本身的速度一样,甚至可以说是类似昆虫大小的机器人中速度最快的一种。

02. 加个脚垫,机器人轨迹完全可控

林立伟谈到:“我们最初的这种机器人可以移动非常快,但我们真的无法控制机器人向左或向右,很多的时候机器人是随机移动的。因为有时轻微制造差异,导致机器人不对称,它会偏向一边。”

在最近的研究中,研究小组给他们昆虫级软体机器人添加了两个静电脚垫。研究人员在任何一个脚垫上施加电压,都会增加脚垫和所接触表面之间的静电力,使脚垫更牢固地粘在表面上,实现使机器人的其余身体部分围绕脚垫旋转。

这两个脚垫可以让操作者完全控制机器人的轨迹,实现机器人在向心加速度超过大多数昆虫的情况下成功转弯。

03. 超常见昆虫表现,5.6 秒通过 120 厘米迷宫轨道

为了展示这款昆虫级软体机器人的敏捷性,研究团队拍摄了机器人在乐高迷宫中行走的过程,同时机器人还携带一个小型气体传感器,这样就可以感知何时需要转弯来避免掉落的碎片。机器人最终成功用 5.6 秒通过迷宫中一条 120 厘米的轨道。

▲ 昆虫级软体机器人穿过乐高迷宫

林立伟说,这样小巧、健壮的机器人可能是进行搜救行动或调查其他危险情况下的理想选择,例如用来检查可能的气体泄漏。

研究小组通过一根小电线实现供电和控制,展示机器人的大部分技能。研究人员也尝试不加外部电源,仅使用内部电池,携带气体传感器的昆虫级软体机器人还可以工作 19 分 31 秒。

04. 结语:昆虫级软体机器人实现灵活运动

这种昆虫机器人分别通过使用主体压电薄膜的结构共振频率驱动和静电脚垫实现快速平移和旋转运动,结构简单,敏捷性和可控性高。

微型机器人可以完成大型机器人不方便完成的任务,研究人员通过不断优化设计,提高其实用性能,扩展微型机器人的使用范围。

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关键词:机器人昆虫

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