近日,土(tǔ)耳其毕尔肯大学的研究(jiū)人员发明了一款微型四足机器人——SQuad。
与现有微型机(jī)器人不(bú)同的是,SQuad用软材(cái)料制成,行动更加灵活,可以攀越其身(shēn)高2.44倍的障碍,也能(néng)绕开障(zhàng)碍物。未来,SQuad或能用于检查狭小空间、在废墟中搜救等。
一(yī)、集(jí)合(hé)微型、软(ruǎn)体机器人(rén)优点,运动性(xìng)能更好
现(xiàn)有微型(xíng)机器人、软体机器人各有优缺点。
土耳(ěr)其毕(bì)尔肯(kěn)大学(xué)奥努尔·奥兹坎(onur Ozcan)介绍:“我们(men)研(yán)究微型机(jī)器人已(yǐ)有将近10年时间,微型机器(qì)人有许多(duō)优(yōu)点,比如所需材料较少、成本低廉(lián)、能够进入(rù)狭窄(zhǎi)空间等。”
但是,现有微型机器人的缺点也比(bǐ)较突出。“他们的主要缺点之一(yī)是缺乏运动(dòng)能力(lì),特别是在不平坦地形上。”他(tā)说。微型机器人的高度(dù)有限,运动(dòng)时无法(fǎ)攀爬或(huò)避开障碍物,因此(cǐ)很(hěn)容易(yì)在运动过程中被卡住。
相(xiàng)比于微型机器人,软体机器人的运动性能更好。大多数软体机器人都是用气动执行器制造的(de)。研究人员介绍:“这些气(qì)动执行器可(kě)以(yǐ)和软(ruǎn)材料实现(xiàn)非常好的集成(chéng)效果,但是它们(men)需要一(yī)个压缩气源,这往往会使(shǐ)机器人变得笨重(chóng)、或不允许无绳(shéng)运动。”
研(yán)究(jiū)团队试图(tú)将两种机器人的优点加以(yǐ)结合,制作(zuò)出综合性(xìng)能更好(hǎo)的机器人(rén)。
首(shǒu)先,奥兹坎(kǎn)及其同事选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等软材料来增加微(wēi)型机(jī)器人的“身体顺应性(body compliance)”,使其运动能(néng)力(lì)变强。奥(ào)兹(zī)坎说:“通过使我们的微型机器人变得柔软,它(tā)们能够(gòu)利(lì)用(yòng)自己的身(shēn)体顺应性越过障碍,就像昆(kūn)虫、老鼠等生物系统(tǒng)那样(yàng)。”
同时,微型机器(qì)人搭载常(cháng)规执(zhí)行器(qì)来实现小型(xíng)化和无绳(shéng)移动(dòng)。
经过尝(cháng)试,研究人员制成了(le)微型四足(zú)机器人SQuad。该机器人有手掌(zhǎng)大小,装配了(le)集成直流(liú)电(diàn)动机的柔性C型(xíng)腿,可(kě)以自由旋转。
二(èr)、能爬过身高2.44倍(bèi)障碍(ài)物,或可(kě)用于检查、救援(yuán)
研究人员通过(guò)一系列试验评估了SQuad的性能(néng),并将其与一个(gè)刚性(xìng)材料制成的机器(qì)人进行(háng)比较。结果显(xiǎn)示,SQuad的运动(dòng)性能更好。
SQuad能够爬过(guò)比其(qí)身高还高1.44倍的障碍物,但(dàn)刚(gāng)性机器人只(zhī)能爬过其身高(gāo)0.88倍的障(zhàng)碍物(wù)。研(yán)究人员认为,这是因为两款(kuǎn)机器人身体(tǐ)顺应性的差异。
在(zài)未来,SQuad可以在陆地(dì)上完成各种简单的任(rèn)务(wù)。由(yóu)于(yú)具备高度灵(líng)活(huó)性(xìng)、身体顺应性(xìng)和增强(qiáng)的穿越障碍能力,SQuad可以爬过狭小的(de)开口及在非结构化或(huò)不平(píng)坦的地形(xíng)上运动。
奥兹坎也对SQuad的应用表现出信心,他说:“我们认(rèn)为,通过在机(jī)器(qì)人背上加一个(gè)小型摄像机,我们(men)可以(yǐ)将这种机器(qì)人(rén)用于检查目的;通过集成一个摄像机和麦克(kè)风,就可以将其用于在倒塌的建(jiàn)筑物下寻(xún)找幸(xìng)存者。”
结语:设计还在更新,或增加身体(tǐ)收缩(suō)机制
土耳其毕尔(ěr)肯大学研究人员推出的微型四足(zú)机器人集合了传统(tǒng)微型、软体机器人的优点(diǎn),能够爬(pá)越身高2.44倍(bèi)高的障(zhàng)碍物,未来或可应用于检查、救援等场景。
此外,为(wéi)了(le)使(shǐ)SQuad能够应用于(yú)更多场景,研(yán)究人(rén)员(yuán)还在继续更新设计,钻研(yán)能提升机器人步态和动作的技术及(jí)性能更好的新型聚(jù)合物。
奥(ào)兹坎(kǎn)还(hái)表示(shì)研究团队正在增加(jiā)一个身体(tǐ)收缩(suō)机制(zhì),“(它能)使我们的机器人在通(tōng)过(guò)比其横截面(miàn)面积(jī)小的开(kāi)口时,短暂地(dì)收缩身体(tǐ),就像老鼠的行为那样。我们还在研究机器人的(de)动(dòng)力学(xué)模(mó)型,以便更好地理解微型(xíng)机器人、软体机器(qì)人的运动。”