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跑得快的軟體機(jī)器人來了,還能游泳跳躍,大小僅為毫米級(jí)

量子位 2022/10/7 18:05:03 責(zé)編:遠(yuǎn)生

原文標(biāo)題:《跑得比獵豹快的機(jī)器人來了,還能游泳跳躍,大小僅為毫米級(jí) | Nature 子刊》

各位請打開腦洞,猜猜比獵豹跑得還快的機(jī)器人長什么樣?

答案揭曉 ——

為了讓人看清楚,將動(dòng)作放慢了 10 倍

是不是和你想象中的不太一樣?

首先這個(gè)小家伙確實(shí)是機(jī)器人,它屬于軟體機(jī)器人這類。

另外別看它其貌不揚(yáng),但人家運(yùn)動(dòng)速度最快可達(dá) 70 體長 / 秒;而獵豹作為陸地上跑得最快的動(dòng)物,最快速度也不過 23 體長 / 秒。

也就是說,這個(gè)小機(jī)器人的“奔跑”速度是獵豹的 3 倍多!

除了跑,它還會(huì)游泳,在水中的速度可達(dá) 4.8 體長/ 秒,而奧運(yùn)游泳冠軍速度約為每秒一點(diǎn)幾個(gè)體長。

在此說明一下,以體長 / 秒(BL / s)為單位的相對(duì)速度,主要是為了量化不同大小生物體的速度。

這個(gè)超級(jí)靈活的機(jī)器人出于一群奧地利科學(xué)家之手,相關(guān)科研成果目前已登上了 Nature 子刊 Communications。

下面就來看看這個(gè)相貌平平的家伙為何能跑得這么快。

柔性材料 + 電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)

其中一個(gè)很重要的因素就是它“軟”。

常見的機(jī)器人一般都是由金屬和塑料等剛性材料制成的。

與之不同的是,制作軟體機(jī)器人材料主要為:聚合物和形狀記憶合金等柔性材料,這些合金會(huì)隨著溫度變化發(fā)生形變。

這樣其實(shí)和生物體或活組織的方式運(yùn)作更相似。

就拿這個(gè)軟體電磁機(jī)器人 (SEMR)來說,其線圈由一種叫 Galinstan(鎵銦錫合金)的金屬合金構(gòu)成,是通過液體 3D 打印技術(shù)制作的。

該線圈被嵌入彈性外殼,并露出一部分來與外部電極相連。

此外,該機(jī)器人還配備了小型自供電控制器來控制形狀,并且還有 L 形或鋸齒形 “ 腳 ”。

然后還有一個(gè)因素就是它“彎”。因?yàn)檠芯空弑硎?,自然界中,許多動(dòng)物都是靠彎曲身體的擴(kuò)張和收縮來快速移動(dòng)的。

這里再回顧一下獵豹奔跑:

至于這個(gè)機(jī)器人是怎么動(dòng)的,它主要靠的就是電磁感應(yīng):在靜態(tài)磁場中受到時(shí)變電流影響而運(yùn)動(dòng)。

研究者測試了它的速度并發(fā)現(xiàn),這種軟體機(jī)器人在平面上的移動(dòng)速度可達(dá) 35 體長 / 秒;而在三維折疊物體表面上,其移動(dòng)速度達(dá)到最大值:每秒移動(dòng) 70 倍體長。

據(jù)論文內(nèi)容,這個(gè)速度比其他軟體機(jī)器人快了約 17.5 倍。

除了跑得快還靈活且耐造

前文提到這個(gè)機(jī)器人還有控制器,這玩意兒可以選擇性地控制機(jī)器人身體的不同部分,以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、跳躍等動(dòng)作。

別看它長得這么迷你(尺寸為 9mm×9mm×0.8mm),但實(shí)際上非常耐造:

當(dāng)小機(jī)器人正在行走時(shí),研究者“趁其不注意”,用其體重 1764 倍的外力把它壓扁了。

結(jié)果,經(jīng)過如此大的打擊后,這個(gè)機(jī)器人表示:沒事兒。

研究者指出,這些功能也是很重要滴!因?yàn)檫@樣它就能適應(yīng)更多復(fù)雜、惡劣的環(huán)境,具有更大的實(shí)用價(jià)值。

研究者簡介

發(fā)明這個(gè)機(jī)器人的研究團(tuán)隊(duì)來自奧地利約翰內(nèi)斯開普勒大學(xué)(JKU)。

論文一作兼通訊作者 Guoyong Mao,本科就讀于浙江大學(xué),隨后獲得浙大固體力學(xué)博士學(xué)位,在碩博連讀期間曾作為交換生去哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)了一年。

他現(xiàn)任約翰內(nèi)斯開普勒大學(xué)的軟材料實(shí)驗(yàn)研究助理。

論文另一位通訊作者 Martin Kaltenbrunner 現(xiàn)任約翰內(nèi)斯開普勒大學(xué)教授,并任該校軟材料實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。

其實(shí)目前已有很多種軟體機(jī)器人了,有的能從海洋中清除塑料垃圾,有的還能幫助人類研究月球和火星的炎熱沙漠。

Mao 和他的團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)更多樣化的軟電磁機(jī)器人。他們表示,這的東西有小巧、跑得快等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),所以具有很不錯(cuò)的發(fā)展前景。

未來,這種機(jī)器人應(yīng)該可以用來檢查人體中難以觸及的器官(比如胃)。

當(dāng)然,還能以更快的速度清理垃圾和探索環(huán)境。(手動(dòng)狗頭)

論文地址:

  • https://www.nature.com/articles/s41467-022-32123-4

參考鏈接:

  • https://arstechnica.com/science/2022/09/tiny-robots-made-of-galinstan-can-run-faster-than-a-scaled-down-cheetah/

本文來自微信公眾號(hào):量子位 (ID:QbitAI),作者:Alex

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