受猎豹启发:研究人员开发出迄今为止最快的软体机器人
5月8日,北卡羅萊納州立大學(xué)機械和航空航天工程助理教授Jie Yin在《科學(xué)進展》雜志上發(fā)表了一篇題為“利用彈性不穩(wěn)定性實現(xiàn)放大性能(LEAP):受脊柱啟發(fā)的高速和高強度軟機器人”的論文。
受獵豹生物力學(xué)的啟發(fā),研究人員開發(fā)了一種新型的軟機器人,相比前幾代的軟機器人,它在固體表面或水中能夠更快地移動。
新的軟式機器人還能夠抓取精致的物體,甚至有足夠的力量舉起重物。
Jie Yin說:“獵豹是陸地上速度最快的動物,它的速度和力量來自于脊椎的彎曲。”
“我們受到獵豹的啟發(fā),創(chuàng)造了一種軟機器人,它有一個彈簧驅(qū)動的‘雙穩(wěn)定’脊柱,這意味著機器人有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。”
Jie Yin表示:“我們可以通過將空氣抽到這個柔軟的硅膠機器人的管道中,在這些穩(wěn)定狀態(tài)之間快速切換。”
在這兩種狀態(tài)之間切換釋放了大量的能量,使機器人能夠快速對地面施加力。
這也使得機器人能夠在水面上飛奔,這意味著它的腳已經(jīng)離開了地面。
Jie Yin說:“以前的軟機器人是爬行機器人,一直與地面保持接觸。這限制了它們的速度。”
此前的軟體機器人可以在平坦的固體表面上以每秒0.8個身體長度的速度移動。
而這種新型的軟體機器人能在約3Hz的低驅(qū)動頻率下達到每秒2.7個人體長度的速度——比前代快三倍以上。
據(jù)報道,這種會“飛奔”的LEAP機器人大約7厘米長,45克重。
據(jù)悉,這些新型機器人還能在陡峭的斜坡上奔跑,這對于對地面施加較小作用力的軟機器人來說,是一個很大的挑戰(zhàn),甚至根本不可能完成。
研究人員還證明,LEAP設(shè)計可以提高軟體機器人的游泳速度。一個LEAP機器人能夠以每秒0.78個身體長度的速度游泳,而之前最快的游泳軟式機器人的速度是每秒0.7個身體長度。
Jie Yin說:“我們還演示了幾個軟機器人的協(xié)同工作,比如用鉗子抓取物體。通過調(diào)整機器人施加的力,我們能夠舉起像雞蛋一樣精致的物體,以及重達10公斤或更多的物體。”
研究人員指出,這項工作還在初試階段,他們樂觀地認(rèn)為,通過修改設(shè)計,可以使LEAP機器人變得更快、更強。
Jie Yin補充說:“潛在的應(yīng)用包括搜索和救援技術(shù),速度與工業(yè)制造機器人都是至關(guān)重要的。我們也愿意與私營部門合作,然后以微調(diào)的方式將這項技術(shù)融入他們的業(yè)務(wù)。”
總結(jié)
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