可重新编程的可变刚度的软机器人骨架和变形膜

可重新编程的可变刚度的软机器人骨架和变形膜 可重新编程的可变刚度的软机器人骨架和变形膜

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章鱼触手可以向多个方向移动,但也会形成坚硬的关节状结构,以实现更精确的运动。毛毛虫可以通过使用蛔虫运动来旅行,也可以卷起并推动自己远离捕食者。这种能力使生物能够在自然的、非结构化的世界中茁壮成长。然而,创造具有这种运动流畅性的机器人一直是一个挑战。

但是,通过使用拉伸干扰——即一束小纤维之间的真空诱导相互作用——机器人专家开发了软机器人,这些机器人足够灵巧,可以处理魔方并将瓶盖从罐子上拧下来。由耶鲁大学机械工程与材料科学副教授 Rebecca Kramer-Bottiglio 领导的研究人员于今天发表在《科学进展》上。

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耶鲁大学研究人员的机器人的关键在于他们的致动器——将能量转化为机械功的装置——与可以快速变硬的纤维相结合。“与使用多个执行器的机器人系统相反,机器人系统根据所需的身体配置和行为激活这些执行器的一个子集,我们开发了一种反向方法,其中单个执行器可以通过在执行器表面图案化和控制材料特性来获得许多轨迹,”克莱默-博蒂格里奥说。

典型的气动软执行器包含固定模式的较硬材料,因此执行器在充气时仅沿一个预编程的方向移动。“但是通过光纤干扰,我们可以将这些刚度调整光纤放在致动器周围,这样你就可以改变哪个部分是僵硬的,”Kramer-Bottiglio 实验室的研究生、该研究的主要作者 Bil​ige Yang 说。当纤维被真空力卡住时,会在机器人的不同侧面提供更高的刚度。

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“通过有选择地改变圆柱形致动器周围的刚度,它基本上能够向你想要的任何方向移动,这模拟了生物系统能够做的事情,”杨说。“这使我们朝着模仿大自然的能力迈进了一步。”

传统的机器人抓取装置的运动范围有限。然而,拉伸纤维系统为机器人专家提供了足够的控制,可以制造出类似于人手的灵巧抓取装置。该设备的每个机械手指都有自己的一组纤维,这为其提供了多种类型的运动。

根据卡住的纤维,机器人手指展示了三种不同的抓握模式:用于拾取相对较小物体的“捏抓”、用于锁定凹形物体内部的“向外钩”运动以及扭转运动。分别使用三种抓握模式,抓手能够拿起一个魔方,举起一个碗,然后从罐子上拧下盖子。

使用拉伸干扰光纤,刚度模式可以在不到十分之一秒的时间内发生变化。这种敏捷性为研究人员的下一个目标奠定了基础,即使用该系统制作变形板并动态控制机器人表面曲率。

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作者:机器人产业网
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