Nat. Commun.: 机器人模仿蝌蚪进化获得新技能！

科学

2023-10-12 03:10

海归学者发起的公益学术平台

分享信息，整合资源

交流学术，偶尔风月

一个小蝌蚪只能在水里游，但是当它变成青蛙之后就可以拥有水陆两栖能力。同样的一个机器人，由于自己身体形状的限制，不可能擅长很多运动。但是机器人可以通过变形获取新技能。

传统变形机器人的弊端

然而，传统的形变机器人一直依赖于笨重的外部设备，如大型电机和传动机构，从而限制了它们的灵活性和多功能性。这与自然界的动物有着明显的不同，动物是通过肌肉来实现驱动，并且拥有丰富的感知和控制能力。

近期，耶鲁大学和科罗拉多州立大学的研究人员在世界著名期刊《自然-通讯》上发表一项创新性的研究，该研究彻底改变了传统机器人变形的方式。研究人员成功地将驱动、感知和锁定功能直接嵌入到机器人的内部结构，消除了外部硬件的笨重需求。

原理

这一创新技术的核心在于将轻量级人工肌肉与形状记忆聚合物（SMP）相结合。人工肌肉可以在电流作用下产生收缩，，而SMP则可以在刚性和柔软状态之间切换，以锁定机器人的形状。这种方法的独特之处在于，它将所有这些功能完全嵌入到机器人的体内，无需复杂的机械结构和传动装置。

像人一样，这种机器人也可以能够感知自身的形状变化，实现精确的控制。

应用

这项嵌入式变形技术具有广泛的实际应用前景，具有彻底革命性的意义。研究团队已经展示了该技术在各种机器人系统中的多功能性。比如说夹爪，大的夹爪，不能夹住小的形状，小的夹爪不能夹住大的形状。本研究展示了一个夹爪，可以根据形状的大小调节自己的骨架的大小。

自感知的形态变化夹爪能够自适应不同的抓取任务，四足机器人可以根据地面情况调整身体形态。比如说用爬行的方式通过一个小的缝隙，然后改变身体形状，站起来，从而能够走的更快，当需要通过一个比较小的桥的时候，就抱着桥爬过去。

机器人可以在需要时改变肢体形状以适应不同的环境和任务。比如说一个机器人的腿从直的变成弯曲的，就可以爬上岸移动，

如果脚从弯曲的变成直的，就可以再回到水里游泳。

无限可能

这项研究中最令人瞩目的成果之一是创建了一组嵌入式变形模块库，这些库可以实现可编程的形状变化，包括扭曲、三维弯曲和表面变形。这一库展示了嵌入式方法使机器人能够应对各种挑战。

这一突破性研究的影响将是深远的。嵌入式形态变化不仅增强了机器人与周围环境的互动能力，还为搜索救援、探索、医疗保健和工业自动化等领域的应用带来了新的可能性。机器人能够无缝切换不同形态和功能，这为机器人领域带来了前所未有的多功能性。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41708-6

作者信息：

这项研究由科罗拉多州立大学赵建国教授和耶鲁大学的博士后研究员孙杰锋领导。孙杰锋博士将于2024年加入亚利桑那州立大学担任助理教授博士生导师。孙博士目前正在筹建机器人驱动实验室，并将提供全额奖学金资助两名博士研究生，实验室同时欢迎硕士生以及访问学者。这个实验室将成为推动未来自由变形机器人研究的重要中心, 请感兴趣的同学可以关注 sunroboticslab.github.io，并加盟实验室。

点击下方知社人才广场，查看最新学术招聘

扩展阅读

揭示爬岩鳅"水下壁虎"吸附-滑行机理，启发水下机器人新运动模式

用于水下机器人的抗疲劳导电聚合物水凝胶应变传感器

NSR专题：共融机器人（特邀编辑：丁汉）

来看细观“微机器人”！磁场驱动，高阶变形，高频驱动 | NSR

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

媒体转载联系授权请看下方

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。

来源: qq

点击查看作者最近其他文章