“大白”與“變形金剛”的合體，會(huì)是怎樣的機(jī)器人？

近期，斯坦福大學(xué)的研究人員不走尋常路，利用類似 T 恤的面料做成充氣管，從而創(chuàng)造了無(wú)需系繩的新型人類大小的軟體機(jī)器人。該論文于 3 月 18 日發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》（Science Robotics）上，這種機(jī)器人既像“大白”一樣柔軟安全，又像“變形金剛”一樣能變形，能移動(dòng)。

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博采眾長(zhǎng)

該軟體機(jī)器人由充氣管和充氣管之間的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在一個(gè)平面上，三個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)把充氣管捏成一個(gè)三角形（如上圖）。一個(gè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)把充氣管的兩端連在一起；另外兩個(gè)機(jī)器能在充氣管上移動(dòng)（如下圖），從而驅(qū)使整個(gè)機(jī)器人移動(dòng)。然后，由多個(gè)三角形結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，可以形成多種不同形狀的 3D 架構(gòu)的機(jī)器人。研究人員稱它為“等周機(jī)器人”，因?yàn)楸M管形狀變化很大，但邊緣的總長(zhǎng)度以及內(nèi)部的空氣量始終保持不變。

“等周機(jī)器人”還結(jié)合了三種機(jī)器人類型的優(yōu)點(diǎn)：軟機(jī)器人的重量輕、順應(yīng)性好；桁架機(jī)器人的能變換形狀，以搬運(yùn)物體、操作工具和群體機(jī)器人的善于合作解決特定任務(wù)。

此外，它在材質(zhì)和驅(qū)動(dòng)方式上都實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。

驅(qū)動(dòng)上，“等周機(jī)器人”通過(guò)各機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)充氣管中的空氣，來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，并不依靠電力。

加州大學(xué)圣巴巴拉分校機(jī)械工程助理教授、該論文的聯(lián)合高級(jí)作者 Elliot Hawkes 稱：“我們發(fā)現(xiàn)要讓一個(gè)大型、柔軟的氣動(dòng)機(jī)器人動(dòng)起來(lái)，并不非得把空氣抽進(jìn)抽出，通過(guò)小小的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)移動(dòng)充氣管中已有的空氣的方式不僅更有效，還能讓機(jī)器人移動(dòng)得更快。”

材質(zhì)上，它采用了類似 T 恤的面料，不同的是這種充氣管用的面料是不透氣的。這種材料的好處是即使沒(méi)充氣，它本身也具有彈性。而充氣后，又可以讓其僵硬。這讓該機(jī)器人既柔軟又堅(jiān)硬，主要根據(jù)場(chǎng)景的變換來(lái)定。

除此之外，該機(jī)器人打破了軟體機(jī)器人的局限，是一款無(wú)需系繩的軟體機(jī)器人。斯坦福大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)的研究生 Nathan Usevitch 表示，大多數(shù)軟體機(jī)器人一個(gè)最大的局限性在于，必須將它們固定在笨重的空氣壓縮機(jī)上，或插在墻上，或說(shuō)需要系繩，從而限制了軟體機(jī)器人的移動(dòng)。

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機(jī)械工程教授、也是論文合著者 Allison Okamura 認(rèn)為這項(xiàng)研究的亮點(diǎn)在于提供了設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的新方式，可以鼓勵(lì)和啟發(fā)機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新。

未來(lái)在太空應(yīng)用前景廣闊

軟機(jī)器人領(lǐng)域的研究還處于初期，對(duì)其應(yīng)用還在不斷探索中。

從研究員們測(cè)試等周機(jī)器人的航拍視頻中可以看到它能夠把籃球夾緊，并轉(zhuǎn)移到其他地方。

同時(shí)，它也猶如“變形金剛”，可變換形狀，以適應(yīng)不同場(chǎng)景需要。研究員表示，這讓該機(jī)器人能到達(dá)洞穴等危險(xiǎn)區(qū)域，拯救處于困境的人。

此外，該機(jī)器人還能收縮到 0.9 米，便于攜帶。研究人員認(rèn)為其能夠在太空中發(fā)揮大用，其中就包括火星。它可以被裝在一個(gè)小包裹里運(yùn)輸，在太空著陸后充氣，然后利用其變型能力穿過(guò)復(fù)雜的環(huán)境，擠過(guò)狹窄的空間，跨越障礙，執(zhí)行任務(wù)。

其中一位研究員認(rèn)為，軟機(jī)器人能做之事或許將超出我們的預(yù)期。

剛體機(jī)器人即傳統(tǒng)機(jī)器人，通常由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，慣性非常大，接觸到外界就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊，有一定安全隱患，而且剛體和軟體的環(huán)境互動(dòng)也不容易控制。因此能夠適應(yīng)各種非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，并與人類交互更安全的軟體機(jī)器人的研究更受歡迎。斯坦福研究員本次創(chuàng)造的機(jī)器人結(jié)合了軟體機(jī)器人軟（充氣管）和傳統(tǒng)機(jī)器人的硬（管上的小機(jī)器），為軟體機(jī)器人提供了創(chuàng)新思路，但其實(shí)際應(yīng)用還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

目前，研究人員在嘗試多種不同形狀的軟體機(jī)器人，測(cè)試其功用，并考慮將這類機(jī)器人放置水中，測(cè)試其是否能“游泳”。不同形狀特點(diǎn)的機(jī)器人或能在不同領(lǐng)域發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，尤其在國(guó)防、消防、急救等特殊場(chǎng)景。

值得一提的是中國(guó)科學(xué)家在去年 8 月研發(fā)出首個(gè)全新無(wú)需系繩的水母機(jī)器人！雖然水母可能不是海洋中游得最快的動(dòng)物，但它們能以“節(jié)能”的方式游泳 。中國(guó)科學(xué)家參考這種游泳方式創(chuàng)造了該水母機(jī)器人，有朝一日將可以自主探索海洋深處。

隨著機(jī)器人用途的日趨廣泛，目前軟體機(jī)器人不僅應(yīng)用在災(zāi)難救援、海底探索、太空任務(wù)等極端場(chǎng)景，更已深入醫(yī)療、人機(jī)交互等傳統(tǒng)場(chǎng)景中，協(xié)助人一起完成各項(xiàng)任務(wù)。然而，機(jī)器人的研發(fā)仍然處于前沿探索階段，離實(shí)際落地還有很長(zhǎng)的路要走，這段路離不開(kāi)科學(xué)家的不斷研究和探索，讓我們拭目以待。

信息參考：

https://www.therobotreport.com/stanford-developing-tether-less-soft-robot-changes-shape/

圖片來(lái)源自網(wǎng)絡(luò)