從植物中得到的靈感，創(chuàng)造出可柔性穿梭的機(jī)器人

（文章來源：中國機(jī)器人網(wǎng)）

在當(dāng)今的工廠和倉庫中，經(jīng)?？吹綑C(jī)器人在四處亂竄，將物品或工具從一個(gè)站點(diǎn)運(yùn)送到另一個(gè)站點(diǎn)。在大多數(shù)情況下，機(jī)器人可以在開放和已知的布局中輕松導(dǎo)航。但要ta們在狹窄的空間里完成任務(wù)，比如在雜亂的貨架后面伸手去拿產(chǎn)品，或者繞著汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)零件去擰下機(jī)油蓋，則要困難得多。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種機(jī)器人，該機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是使鏈狀附件延伸得足夠靈活，以使其能夠扭曲和轉(zhuǎn)動(dòng)任何必要的配置，同時(shí)又具有足夠的剛性以支撐重負(fù)載或施加扭矩以在狹窄的空間中組裝零件。任務(wù)完成后，機(jī)器人可以收回附件，并以不同的長度和形狀再次將其伸出以適應(yīng)下一個(gè)任務(wù)?？梢詫?duì)新的“生長機(jī)器人”進(jìn)行編程，以根據(jù)從“生長尖端”或齒輪箱鎖定并送出的鏈條單元的順序，在不同方向上生長或延伸。

附屬物的設(shè)計(jì)靈感來自于植物的生長方式，其中涉及以流化形式將營養(yǎng)物輸送到植物的頂端。在那里，它們被轉(zhuǎn)化為固體材料，以一點(diǎn)一點(diǎn)地產(chǎn)生支撐莖。同樣，機(jī)器人由“生長點(diǎn)”或變速箱組成，該變速箱將松動(dòng)的互鎖塊鏈拉入盒子。然后，盒子中的齒輪將鏈條單元鎖定在一起，并以剛性附件的形式逐個(gè)將鏈條送出。

研究人員于本周在澳門舉行的IEEE國際智能機(jī)器人與系統(tǒng)國際會(huì)議（IROS）上介紹了這種受植物啟發(fā)的“生長機(jī)器人”。他們設(shè)想可以將抓取器，攝像頭和其他傳感器安裝到機(jī)器人的變速箱上，從而使其能夠蜿蜒穿過飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)并擰緊松動(dòng)的螺釘，或者在不干擾周圍庫存組織的情況下，伸手到架子上抓取產(chǎn)品，以及其他任務(wù)。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)教授哈里·阿薩達(dá)（Harry Asada）說：“想想更換車內(nèi)機(jī)油的場景：你打開發(fā)動(dòng)機(jī)車頂后，必須足夠靈活，使左旋和右轉(zhuǎn)，才能到達(dá)機(jī)油濾清器，然后你必須足夠有力，扭轉(zhuǎn)機(jī)油濾清器蓋以去除機(jī)油濾清器蓋?！薄艾F(xiàn)在，我們有了一個(gè)可以輕松完成這些任務(wù)的機(jī)器人，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的淺田研二郎實(shí)驗(yàn)室的前研究生閆同喜（Tongxi Yan）說?！八梢栽鲩L，收縮和再次增長為不同的形狀，以適應(yīng)其環(huán)境?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)還包括麻省理工學(xué)院的研究生Emily Kamienski和訪問學(xué)者Seiichi Teshigawara，他們在會(huì)議上介紹了該成果。新機(jī)器人的設(shè)計(jì)是Asada解決“最后一只腳問題”工作的一個(gè)分支，這是一個(gè)工程術(shù)語，指機(jī)器人任務(wù)或探索任務(wù)的最后一步或最后一只腳。雖然機(jī)器人可能會(huì)花費(fèi)大部分時(shí)間穿越開闊的空間，但其任務(wù)的最后一步往往可能需要更靈活的導(dǎo)航，以便在更緊密、更復(fù)雜的空間來完成任務(wù)。

工程師們已經(jīng)設(shè)計(jì)出各種各樣的概念和原型來解決最后一只腳的問題，包括用柔軟的氣球狀材料制成的機(jī)器人，這些材料能像藤蔓一樣生長，可以擠過狹窄的縫隙。但Asada說，這種軟擴(kuò)展機(jī)器人不夠堅(jiān)固，不足以支持“末端執(zhí)行器”，或如抓取器、攝像頭和其他傳感器等附加裝置，一旦機(jī)器人已經(jīng)爬到目的地，將是必要的執(zhí)行任務(wù)，這些都需要末端執(zhí)行器執(zhí)行。

同樣兼任福特基金會(huì)（Ford Foundation）工程學(xué)教授的阿薩達(dá)（Asada）說：“我們的解決方案實(shí)際上不是軟性材料的應(yīng)用，而是巧妙地使用剛性材料?！币坏┭芯啃〗M確定了植物生長的一般功能要素，他們就試圖在一個(gè)可擴(kuò)展的機(jī)器人中從一般意義上模仿這一點(diǎn)。Asada說：“機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)過程與真實(shí)工廠場景下可能完全不同，但是在某種抽象水平上，它表現(xiàn)出相同的功能?！?/p>

研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)變速箱來代表機(jī)器人的“正在生長的尖端”，類似于植物的芽，隨著越來越多的營養(yǎng)素流向該部位，尖端將產(chǎn)生更堅(jiān)硬的莖。在盒子內(nèi)，它們裝有齒輪和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于拉起流化的材料，同時(shí)彎曲的3D打印塑料單元序列相互連鎖，類似于自行車鏈條。當(dāng)鏈條被送入箱子時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)絞盤，絞盤通過第二組電機(jī)將鏈條中的某些單元鎖定到它們的相鄰單元，從而在鏈條被送入箱子時(shí)形成一個(gè)剛性附件。

研究人員可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，以將某些單元鎖定在一起，而其他單元?jiǎng)t保持解鎖狀態(tài)，以形成特定形狀或在某些方向“生長”。在實(shí)驗(yàn)中，他們能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行編程，以使其繞著障礙物從其基座延伸或擴(kuò)展時(shí)轉(zhuǎn)過身。Yan說：“它可以鎖定在不同的地方，以不同的方式彎曲，并具有廣泛的運(yùn)動(dòng)范圍?！?/p>

當(dāng)鏈條被鎖定并且是剛性的時(shí)候，它的強(qiáng)度足以支撐沉重的一磅重物體。研究人員說，如果將抓取器連接到機(jī)器人不斷增長的尖端或變速箱上，則該機(jī)器人可能會(huì)長得足夠長，以在狹窄的空間內(nèi)蜿蜒而行，然后施加足夠的扭矩來松開螺栓或松開蓋子。
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