北卡罗来纳州立大学和宾夕法尼亚大学的研究人员已经开发出软体机器人,能够在没有人类或计算机软件输入的情况下在复杂的环境中导航,比如迷宫。
“这些软机器人展示了一种叫做‘物理智能’的概念,这意味着结构设计和智能材料使软机器人能够在各种情况下导航,而不是计算爱博网投官方网站智能,”研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授尹洁说。
这些软体机器人是由液晶弹性体制成的,形状像一条扭曲的丝带,类似半透明的罗蒂尼。当你把带子放在至少55摄氏度(131华氏度)的表面上,这比周围的空气要热,带子接触表面的部分会收缩,而暴露在空气中的部分不会。这引起了带子的滚动运动。表面越热,它滚动的速度就越快。带状软机器人的视频可以在https://youtu.be/7q1f_JO5i60。
Yin说:“以前已经用光滑的棒子做过了,但是这种形状有一个缺点——当它遇到一个物体时,它只是原地旋转。”“我们制造的扭曲丝带形状的软体机器人能够在没有人为或计算机干预的情况下越过这些障碍。”
缎带机器人通过两种方式做到这一点。首先,如果丝带的一端遇到一个物体,丝带会轻微旋转以绕过障碍物。其次,如果机器人的中心部分遇到一个物体,它就会“折断”。“啪”的一声是储存的变形能量的快速释放,它使带子在着陆前轻微地跳跃并重新定位。丝带可能需要多次折断才能找到一个方向,使它能够越过障碍,但最终它总会找到一条清晰的前进道路。
“从这个意义上说,它很像许多人在家里使用的机器人吸尘器,”尹说。“除了我们创造的软体机器人从其环境中获取能量,并且无需任何计算机编程即可运行。”
该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员姚昭说:“旋转和折断这两种动作,使机器人能够在一个梯度上通过障碍物。”“如果有物体接触到丝带的中心,就会发生最强烈的折断。但是如果一个物体远离中心接触到带子,它仍然会折断,只是力量较小。离中心越远,折断的声音就越不明显,直到你到达丝带长度的最后五分之一,才会完全不折断。”
研究人员进行了多次实验,证明这种带状软机器人能够在各种迷宫般的环境中导航。研究人员还证明,软机器人在沙漠环境中也能很好地工作,表明它们能够爬上和下松软的沙坡。
“这很有趣,看起来很有趣,但更重要的是,它为我们如何设计软体机器人提供了新的见解,这些软体机器人能够从自然环境中收集热能,并自主地通过复杂的非结构化环境,如道路和恶劣的沙漠。”尹说。
论文“非结构化环境中柔性智能自主机器人的扭曲”将于5月23日当周发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊。该论文由北卡罗来纳州立大学博士生池银定、洪耀业和李彦斌共同撰写;以及宾夕法尼亚大学约瑟夫·博尔多纳材料科学与工程教授杨舒。
这项工作得到了美国国家科学基金会的支持,在CMMI-431 2010717, CMMI-2005374和DMR-1410253的资助下完成。
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