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外柔内刚、刚柔并济,软体机器人展现“魔力”

仪表下游 2019年11月20日 08:47:55 来源:智能制造网人气:9785
  【仪表网 仪表下游】现实中的机器人总是以“钢筋铁骨”示人,骨骼外露的形象虽然让人感觉机械感十足,但却与人们理想中的机器人样子相去甚远。鉴于此,本世纪以来人们开始关注对更具弹性、可塑性和安全性产品的打造,以实现机器人刚柔并济的协调发展。在这样的背景下,软体机器人日渐出现在人们视野之中。
 
  相比于刚性机器人,软体机器人具备多种优势。其不仅能够完成爬陡坡、钻狭小空间等多种特殊任务,而且还能以“四两拨千斤”的功力移动远大于自身的物体。柔性化、灵活性外加强大的环境适应性与人体亲和度,让其在医疗、军事、探测、工业等领域都能拥有极为重要的应用。
 
  另外在成本方面,由于软体机器人材料能够依靠3D打印技术来生产,因此也比刚性机器人低廉很多。同时在计算能力上,软体机器人也比刚性机器人更加强大。目前,虽然软体机器人仍是机器人领域的非主流,研发应用也还处于萌芽阶段,但可以预见,未来软体机器人的发展并不会比刚性机器人差多少。
 
  那么今年以来,软体机器人在全球范围内又取得了哪些研发新进展与新成果呢?接下来就让我们一起来看看吧!
 
  一扭一扭又一扭,负重爬壁有一手
 
  今年年初,上海交通大学在《Science Robotics》上发表了一篇论文,表示其与麻省理工学院共同研发出了一款能够爬壁的软体机器人。据了解,该机器人总重量只有2g,身长85mm,主要由介电弹性体人工肌肉和静电吸附脚掌构成,具有与生物体类似的垂直爬壁、水平爬行、原地转弯能力和敏捷的环境适应运动能力。而且,其还可以在携带一定重物完成爬壁,以及与多个机器人协同作业。
 
  可拉伸的软神经,专为残疾人而生
 
  通过对蠕虫等软体动物的深刻理解与研究,来自美国和中国的研究人员开发了一种机器人设备,该机器人设备包含具有神经功能的可拉伸晶体管。据研究人员表示,这种柔软的神经机器人配备了神经系统的触觉感觉皮肤,可以感知与外部环境的相互作用并做出相应的反应,未来有望在残疾人的康复应用中展现出良好价值。
 
  模仿植物触须,这个机器人想生长
 
  来自意大利技术研究院的研究人员向我们展示了世界上第一个模仿植物卷须的软机器人,为软体机器人的驱动研发带来了全新的思路。这款机器人的驱动设计灵感完全来自于植物中的水运输,也完全模仿了植物水分运输的原理,其能够像植物一样进行简单的卷曲和攀爬。目前,这个机器人智能进行一些简单的运动,但未来随着仿生技术的不断突破,有望实现其像真正的攀缘植物一样“生长”。
 
  微型软体机器人,借磁场隔空操纵
 
  麻省理工学院机械工程系教授赵选贺团队开发出一种3D打印的小型软体“机器人”,可被磁场操纵,有望应用于生物医药领域。这种“机器人”实际是一种形似雪花片的3D打印结构,完全伸展开最大直径约4厘米。在磁场操纵下,它能爬行、打滚、跳跃,能迅速收缩以抓住滚过的小球,还能裹住药片在桌面上移动。据悉,赵选贺团队使用掺有磁性粒子的3D打印墨水,并在3D打印机喷嘴上安装电磁铁,在打印过程中控制磁性粒子的方向,制造出了这种可在外部磁场操纵下立刻发生精细变形的构造。
 
  这条胶带成精了,仿尺蠖实现爬行
 
  多伦多大学 “材料科学工程部” 的Hani Naguib教授及其小组提出了一种新型的智能材料并制造了一只软体机器人“尺蠖”(读音huo)。这个机器人的外表平平无奇,看起来如同一片黑色的胶带,有着四只铜脚。但你可不能小瞧它,借助神奇的“智能材料”技术,间断性的通电就可以实现尺蠖的爬行运动。
 
  神奇纸片机器人,预热能够变形
 
  哈佛大学Wyss研究学院展示出了他们所发明的一款可以折叠的软体机器人Rollbot。它看起来像张小卡片,但只要把它放在桌子上它就能自动的卷成五角轮往前跑。据悉,它的材质是一种叫液晶弹性体的活性材料,这种材料最大的特点就是预热能够改变形状,在温度达到200摄氏度的平板上就可以运动起来。
 
  灵感来自变色龙,可高速捕捉昆虫
 
  来自普渡大学的研究人员开发出了一种全新的软体机器人和驱动器,能够利用存储的弹性能量重新创建生物启发的高功率和高速运动。这些机器人是用类似于橡皮筋的可拉伸聚合物制造的,其内部气动通道在加压时可迅速膨胀。据悉,该软体机器人的弹性能量通过在制造过程中按照自然原理向一个或多个方向拉伸身体来积蓄,其与变色龙的舌头袭击类似,一个预应力气动软体机器人能够将自己的长度扩大5倍来捕捉一只活的飞行甲虫,并在120毫秒内将其取回。
 
  液滴遇上柔性电子,轻松实现72变
 
  受自然界水母、轮虫等腔肠动物和浮游生物的启发,天津大学精仪学院黄显教授团队利用液滴的柔软无定形特性和柔性电子器件的超薄柔软特性,构建了一种全新的“智能液滴”——液态全柔性智能机器人,首次实现了软体机器人运动载体和功能测量器件的全柔性化和可编程控制。研究人员表示,该机器人未来有望进入人体,成为能检测治疗的“血管医生”。
 
  结语:
 
  软体机器人的发展是机器人前进的一个必然趋势。依托软体机器人的多种优势和特点,未来软体机器人和基于柔性化技术的仿生机器人将迎来快速发展。不过,软体机器人的发展并不会完全取代刚性机器人,以后刚柔并济、软硬兼施或许才是机器人发展的必由之路。两者缺一不可,我们还需协调努力。
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