研究人員在創(chuàng)建機(jī)器人時(shí)，很容易陷入兩種特質(zhì)的平衡困境——靈活與堅(jiān)固。一般來(lái)說(shuō)，這兩種特質(zhì)很難兼得，但對(duì)于很多需要細(xì)致操作的場(chǎng)景，又缺一不可。
在最近的一項(xiàng)研究中，研究人員創(chuàng)造了一種機(jī)器人，它具有高度的靈活性，同時(shí)仍能保持“肌肉”的高度緊張，使其有足夠的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成困難的任務(wù)。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，該機(jī)器人能夠從瓶子上取下蓋子，同時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是同類領(lǐng)先機(jī)器人的2.5倍。
這一結(jié)果發(fā)表在1月13日的ieee機(jī)器人和自動(dòng)化快報(bào)上。
論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9999348
張拉整體機(jī)器人由剛性框架和軟纜組成的網(wǎng)絡(luò)組成，這使它們能夠通過(guò)調(diào)整內(nèi)部張力來(lái)改變形狀。
參與這項(xiàng)研究的東京工業(yè)大學(xué)碩士生ryota kobayashi解釋說(shuō)：“張拉整體結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的特性——輕便、靈活和耐用而有頗具優(yōu)勢(shì)。”“這些機(jī)器人可以在具有挑戰(zhàn)性的未知環(huán)境中運(yùn)行，例如洞穴或太空，并具有更復(fù)雜和有效的行為。”
張拉整體機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以有不同數(shù)量的剛性結(jié)構(gòu)或“桿”，整體數(shù)量從2到12個(gè)不等，有時(shí)甚至更多——但根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，具有更多桿的機(jī)器人通常更復(fù)雜且更難設(shè)計(jì)。
20%的收縮，2個(gè)方向50度大扭轉(zhuǎn)
張拉整體機(jī)器人由剛性框架和軟纜組成的網(wǎng)絡(luò)組成，這使它們能夠通過(guò)調(diào)整內(nèi)部張力來(lái)改變形狀。
在他們的研究中，ryota的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)張拉整體機(jī)器人，它依賴于六根張拉整體模塊。為了確保機(jī)器人實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)，使用了三角形的虛擬地圖，機(jī)器人的人造肌肉被放置在其中，以便它們連接三角形的頂點(diǎn)。當(dāng)肌肉收縮時(shí)，它會(huì)使三角形的頂點(diǎn)靠得更近。
依靠這項(xiàng)技術(shù)，機(jī)器人僅使用人造肌肉20%的收縮就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方向50度的大扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。ryota說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)對(duì)系統(tǒng)的效率感到驚訝——人造肌肉的微小收縮會(huì)導(dǎo)致大幅收縮和扭轉(zhuǎn)變形。
扭轉(zhuǎn)是已有機(jī)器人的2.5倍
“大多數(shù)六桿張拉整體機(jī)器人只會(huì)在結(jié)構(gòu)輕微變形的情況下滾動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)受限，”東京工業(yè)大學(xué)助理教授hiroyuki nabae說(shuō)，他也參與了這項(xiàng)研究。值得注意的是，作者報(bào)告說(shuō)，他們的六桿機(jī)器人產(chǎn)生的大扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是已有六桿張拉整體機(jī)器人的2.5倍。
接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)給機(jī)器人裝上橡膠手指，幫助它抓取物體，測(cè)試它完成任務(wù)的能力。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人手臂降低到一個(gè)可口可樂(lè)瓶上，抓住瓶蓋，轉(zhuǎn)動(dòng)，抬起手臂并重復(fù)一次抓握和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，以在幾秒鐘內(nèi)取下瓶蓋。
研究人員正在考慮以這項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)的方法，例如，通過(guò)增加機(jī)器人向不同方向彎曲的能力，并結(jié)合允許機(jī)器人識(shí)別其環(huán)境中的新形狀的技術(shù)。后者的進(jìn)步可以幫助機(jī)器人根據(jù)需要更好地適應(yīng)新的環(huán)境和任務(wù)。