機(jī)器人從柔性轉(zhuǎn)變到剛性的發(fā)展

現(xiàn)在，來(lái)自哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所和哈佛大學(xué)John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員展示了多層結(jié)構(gòu)如何讓機(jī)器人模仿章魚的運(yùn)動(dòng)學(xué)，創(chuàng)造和根據(jù)命令消除關(guān)節(jié)。該結(jié)構(gòu)還可以允許機(jī)器人快速改變其剛度，阻尼和動(dòng)態(tài)。

該研究發(fā)表在高級(jí)功能材料和IEEE機(jī)器人和自動(dòng)化快報(bào)兩篇論文中。

“這項(xiàng)研究有助于彌合軟機(jī)器人與傳統(tǒng)剛性機(jī)器人之間的差距，”SEAS研究生和研究生的第一作者Yashraj Narang說(shuō)?！拔覀兿嘈胚@類技術(shù)可能會(huì)培育出新一代的機(jī)器和結(jié)構(gòu)，不能簡(jiǎn)單地歸類為軟或剛性?！?/p>

當(dāng)施加真空時(shí)，柔性材料層變硬并且可以保持任意形狀，并且可以模制成其他形式。

該結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，由多層柔性材料組成，包裹在塑料外殼中并連接到真空源。當(dāng)真空關(guān)閉時(shí)，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)完全如您所料，彎曲，扭曲和翻轉(zhuǎn)而不保持形狀。但是當(dāng)施加真空時(shí)，它變得僵硬并且可以保持任意形狀，并且可以模制成其他形式。

這種轉(zhuǎn)變是稱為層流干擾的現(xiàn)象的結(jié)果，其中施加壓力產(chǎn)生強(qiáng)烈耦合一組柔性材料的摩擦。

“壓力產(chǎn)生的摩擦力就像膠水一樣，”Narang說(shuō)?！拔覀兛梢酝ㄟ^(guò)改變層數(shù)，調(diào)整施加到它上面的壓力，以及調(diào)整多層圖層之間的間距來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度，阻尼，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)包括Wyss副教授，Robert Howe，博士，雅培和詹姆斯勞倫斯SEAS工程教授; Joost Vlassak博士，SEAS的Abbott和James Lawrence材料工程教授; SEAS研究生Alperen Degirmenci對(duì)層流干擾的機(jī)械行為進(jìn)行了廣泛的模擬，以更好地控制其能力。

接下來(lái)，他們使用這些結(jié)構(gòu)構(gòu)建了現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)備，包括一個(gè)雙指夾子，沒有真空，可以環(huán)繞并固定在大型物體上，并且在真空的情況下，可以捏住并固定在大小相當(dāng)?shù)男∥矬w上。大理石。

研究人員還通過(guò)將結(jié)構(gòu)作為起落架安裝在無(wú)人機(jī)上，展示了該結(jié)構(gòu)作為減震器的能力。該團(tuán)隊(duì)調(diào)整了結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，以吸收著陸的影響。

該結(jié)構(gòu)是一種概念驗(yàn)證，未來(lái)可能有許多應(yīng)用，從手術(shù)機(jī)器人到可穿戴設(shè)備和柔性揚(yáng)聲器。

“我們的工作已經(jīng)解釋了層流干擾的現(xiàn)象，并展示了它如何為機(jī)器人提供高度通用的機(jī)械性能，”Howe說(shuō)，他是該論文的高級(jí)作者?！拔覀兿嘈胚@項(xiàng)技術(shù)最終將導(dǎo)致機(jī)器人能夠在可以安全地與人類進(jìn)行交互的軟連續(xù)設(shè)備之間改變狀態(tài)，以及能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化需求的剛性分立設(shè)備。”