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仿章魚機器人可任意變形應用前景十分值得期待

3月19日消息，斯坦福大學的機器人團隊新近發明了一款軟體機器人，可以任意改變形狀，據稱設計人員是從章魚身上得到了靈感。機器人由柔軟織物材質的管道和滾筒模塊組合而成，管道里充滿空氣。使用者只需操控配套的小型發動機，就可讓機器人改變形狀。斯坦福大學機械工程專業研究生內森·烏瑟維奇（Nathan Usevitch）是這個項目的參與者之一，他將這款機器人描述為“電影《超能陸戰隊6（Big Hero6）》中的角色大白（Baymax）和變形金剛（Transformers）的混合體”。這項研究已于本周三發布在《科學機器人學（Science Robotics）》上，論文題目是《一種無繩系等周柔性機器人（An untethered isoperimetric soft robot）》。一、機器人設計新思路：淘汰系繩、簡易組裝考慮到工程作業的環境條件，機器人必須具有足夠的安全性和環境適應性。除了結實耐用，還要能夠靈活移動。要滿足這些條件，不僅要有配備精準的控制算法和強大的傳感器，還需要適應性更好的結構與之相配，而現有的機器人尚不能滿足這些要求。目前市面上主要有軟式、集體式和桁架式三種機器人。軟式機器人安全性高，較為堅固，但需要用系繩與空氣壓縮設備相連。集體式機器人模塊化程度高，但子單元過于復雜。桁架式機器人可以變形，但只能在固定方向線性伸縮。在論文中，研究人員稱其發明的“無繩系等周柔性機器人（An untethered isoperimetric soft robot）”綜合了三種機器人的優點，擺脫了結構限制。這款機器人主要由織物管和3個滾筒模塊組成，滾筒模塊包含機械滾筒和小型發動機兩個部分。滾筒模塊安裝于織物管上，其中一個將織物管首尾相接，另外兩個可在管道上移動，與織物管一起組成三角形。使用時利用滾筒夾緊織物管，使其維持固定的形狀。一旦需要機器人變形，則可利用小型發動機驅動滾筒移位，給織物管重新“塑形”。在滾筒移動過程中，機器人形狀改變，但織物管的長度及其內部空氣量保持不變。也有研究人員因此稱其為“等周機器人”。對于這款機器人的獨特結構，斯坦福大學航空航天助理教授麥克·史瓦格（Mac Schwager）評價到：“讓我感到興奮的是，這款機器人實際上是由幾個機器滾軸組成的集合體，他們通過協同運作來移動機器人和改變形狀。這使其成為了一個適應性強而堅固的系統。” 二、移動靈活，能撿球，還能變身“形狀顯示器” 研究人員曾將幾個機器人組合在一起，用發動機驅動其移動，最終成功操縱機器人撿起了一個球。此外，機器人還可以推動球向前滾動。這就說明此種機器人可以接近物體、撿起物體，再將其移動至特定位置。而這些操作對于夾鉗機器人來說則很難完成，這也意味著軟體機器人未來將有更多可能的應用場景。 1、太空旅行好幫手研究人員認為這種機器人擁有易于收納的外形，使用起來還很靈活，十分適合用于太空旅行。斯坦福大學機械工程專業的研究生扎卡里·哈蒙德（Zachary Hammond）認為，“在另一個星球上，它可以利用其變形能力穿過復雜的環境，擠過狹小的空間，跨越障礙物。” 在論文中研究者寫到：“在太空漫游任務中，可以在發射前排空機器人氣體，著陸后再充氣，使其完成任務，這樣就不必擔心能源問題了。另外機器人的柔軟特性也使其更加強健，適用于復雜地形，也可用于執行情況未知的任務。” 2、與工人協同工作這種機器人同樣適合工業使用。例如當工人用螺栓裝配零件時，可利用機器人來固定零件。 3、教學交互小工具將機器人改造為教育工具也未嘗不可。可鼓勵學生自主組裝硬件，與機器人進行身體互動。 4、其他方面論文中提到，如果增加更多的滾筒模塊，就可將機器人改裝為“形狀顯示器”，在改變形狀時做到更為動態流暢，甚至成為高刷新率的3D打印機。如果將觸摸感應應用到機器人中，用戶就可與顯示的形狀即時交互。甚至可以應用同一組硬件完成用戶的不同需求。當需要疏通管道時，就組裝一個鏈式機器人，如果想要機器人快速移動，就將其組裝為球型。結語：柔性機器人集合以往產品優勢，前景樂觀以往的機器人各有優點，但均無法獨立勝任工程作業任務，而斯坦福團隊發明的“無繩系等周柔性機器人”則為這一問題提出了解決方案。通過對目前的軟式、集體式、桁架式機器人分別揚長避短，新型機器人無疑可以承擔起工程任務。除工程應用以外，新型機器人也在航空、教育、3D打印等方面顯示出了應用可能，應用前景十分值得期待。

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