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水下软机器人受脆星启发张雨生

2022年07月05日

水下软机器人受脆星启发

与传统机器人相比，软机器人更适合某些情况。与环境，人或其他生物互动时，例如，橡胶制成的机器人结构固有的柔软性比金属安全。

软机器人也更擅长与不稳定或不确定的环境进行交互-如果机器人接触不可预测的对象，它可以简单地变形为对象而不是崩溃

这种可变形性直接进入了卡耐基梅隆大学软机实验室的Zach Patterson的工作。

博士学位帕特森是机械工程的候选人，他创造了一种软机器人，该机器人的灵感来自脆性海星，这是一种相对快速灵活的海星。名为PATRICK的机器人是第一台可移动且不受限制的水下爬行软机器人。

帕特森说：“这是一个沿着海床爬行的机器人，平台的部分价值是四肢是用橡胶制成的。”

机器人技术候选人和机械工程博士后研究助理Andrew Sabelhaus 。“它很容易变形为环境的不确定性。”

PATRICK的肢体由橡胶束制成，并带有四根埋入的盘绕金属丝，这些金属丝由称为形状记忆合金的金属制成，特别是镍钛合金。

合金随着温度的变化而发生相变。在超过此温度阈值并经历相变后，它会变回记住的形状。在室温下，该合金非常柔韧性，使PATRICK的四肢具有柔韧性和可变形性。

为了使机器人运动，研究人员用电流对其进行了撞击，从而使电线加热到超过其转变温度，并使肢体收缩并朝不同方向移动。

Patterson和他的同事在设计PATRICK时考虑了一些目标。一个目标是制造一个不受束缚的机器人，例如，一个没有连接到导致车外电源和电子设备的电线的机器人。

“我们希望将电源和电子设备与机器人一起安装；这是这里的核心目标，”帕特森说。“这是不平凡的一步，它改变了您设计和制造机器人的方式。”

Patterson还寻求为机器人开发电子和计算基础设施，这在传统机器人技术中很常见。在软机器人中，研究人员通常更专注于物理设计并能够演示功能，并且不会围绕他们设计的机器人构建成熟的计算基础架构。

研究人员使用机器人操作系统为PATRICK构建了计算基础架构。使用该系统，团队可以为PATRICK指定完成不同的任务，例如在水下移动以达到接球的目的。几乎没有束缚的软机器人，甚至可以在水下爬行的软机器人也很少，但是Patterson认为，这种基础设施的整合是PATRICK在软机器人领域的更大贡献。

他说：“这种计算基础设施使我们能够做一些事情，例如到达太空的控制点。就我们所知，这在软机器人技术文献中是独一无二的。” “我们希望超越一次性的演示或临时软件，并提供一个更灵活的平台，我们可以用来测试不同的控制和计划算法以及不同的传感器。”

Patterson认为这项研究是软机实验室进一步研究的催化剂，尤其是在软机器人领域探索控制理论和控制算法。关于PATRICK的未来，Patterson希望将生物启发的机器人与现实生活中的脆性恒星进行比较研究，建立一个信息反馈环，以便他们可以使用该机器人更好地了解脆性恒星，进而改善机器人的设计。