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“美人魚”機器人登上 Nature 封面:入水瞬間四肢變腳蹼,首席編輯:按需進化

量子位 2022/10/13 15:17:38 責編:子非

有沒有想過像個美人魚一樣,跳入水中你的腿瞬間變成腳蹼?

現(xiàn)在,耶魯大學的研究人員就真真創(chuàng)造了這樣一個機器人,并登上了 Nature 封面“Turtle eclipsed”(烏龜黯然失色)。

嗯,從外觀上可以看出來,科學家們的靈感來自于水龜和陸龜,現(xiàn)在將他們合二為一 ——

地面上機器人四肢像陸龜一樣正常行走,下水后其腿就會變成鰭狀肢,順滑的游行~

Nature 首席物理科學編輯將這種形態(tài)變化形容為:按需進化。

有一說一,有點羨慕。

如何做到的?

以往主流機器人的設計策略,傾向于不可改變的結(jié)構(gòu)和行為,導致系統(tǒng)無法適應不同的環(huán)境。

因此,為了實現(xiàn)特定的多環(huán)境運動,能夠穿越陸地、水生和中間的過渡區(qū),研究人員給出的設計策略是自適應性形態(tài)變化。

簡言之,就是機器人的形態(tài)和行為都是通過統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

這也是本次機器人與其他兩棲機器人最大不同的地方,其他機器人往往會添加多個推進機制,在每個環(huán)境中使用不同的推進機制,從而導致能源效率低下。

具體實現(xiàn)上,它融合了傳統(tǒng)的剛性部件和軟性材料,從根本上增強了其四肢的形狀,并為多環(huán)境下的運動改變其步態(tài)。整個身體包括四個子系統(tǒng):底盤、外殼、肩關(guān)節(jié)和變形肢體。

其中底盤就不必說了,負責容納電子器件。外殼提供保護作用的同時,還可用于浮力調(diào)整。

而真正完成一系列步態(tài)變化的功臣要屬肩關(guān)節(jié)和變形肢體。肩關(guān)節(jié)運動機制有三個自動度,變性肢體則有兩部分組成,頂部的氣動執(zhí)行器以及底部可隨溫度改變的剛度材料。

當嵌入的加熱器加熱使其材料軟化并給肢體充氣,此時肢體的橫截面積和硬度都會發(fā)生變化。這樣一來,它的四肢既可以有適應陸地行走的圓柱形形狀,又有利于游泳的平鰭形狀。

還跟動物做了比較

隨后科學家們分別在水下和陸地(以瓷片、混凝土和花崗巖為代表的環(huán)境)實施了最為穩(wěn)固運行的兩種步態(tài)。

除此之外,科學家還設計了一條從陸生到水生的過渡路線。結(jié)果發(fā)現(xiàn),還沒有在淺水區(qū)完全淹沒,它就已經(jīng)在游泳了。

除此之外,科學家還與其他陸生水生動物和機器人做了比較,針對單個環(huán)境,ART 的表現(xiàn)跟最先進的單模態(tài) —— 水生或陸生的機器人相近,甚至某些情況還超過了后者,以及還超過了一些動物。(狗頭)

科學家們表示,這個機器人潛在的應用有很多,比如沿海岸線的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、潛水員支持和海洋養(yǎng)殖。

而在學研的領域,機器人還可以幫助研究人員研究復雜沖浪區(qū)以及其他環(huán)境過渡區(qū)的運動物理學。

論文鏈接:

  • https://www.nature.com/articles/s41586-022-05188-w#Sec24

參考鏈接:

  • https://news.yale.edu/2022/10/12/morphing-limbs-robot-travels-land-and-water

本文來自微信公眾號:量子位 (ID:QbitAI),作者:白交

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