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形状变化的机器人通过巧妙设计的身体和抓手来适应环境2022-02-15


形状变化的机器人通过巧妙设计的身体和抓手来适应环境

机器人有各种方法来改变它们的形状,从这个意义上说,你可以使用刚性部件和执行器来设计一个可以从一种形状变成另一种的机器人。不过,这样的系统不可避免地高度复杂,通常需要大量的质量和大量的能量来切换到你想要的形状,然后保持这种形状。


本周,我们看到几篇论文强调了不同的形状转换机器人系统,这些系统依靠巧妙的折纸灵感设计在不同的配置之间快速转换,用最少的硬件获得最大的实用性。

通过可逆可塑性进行形状变形的机械超材料,它展示了一种复合材料,能够从平板过渡到复杂的形状,使用相变金属骨架进行可转换的刚性。这种材料是由一种弹性材料制成的,其中的切割图案(一种类似于折纸的技术,称为kirigami,它使用切割而不是折叠)决定了弹性材料变形的形状。夹在弹性体片材中的是一个由62℃熔化的金属合金制成的骨架,以及一个灵活的加热元件。将骨架加热到其液化的程度,允许片材变形,然后当骨架冷却并凝固时再次冻结,这一过程可能需要几分钟。但是一旦完成,它就会很稳定,直到你想再次改变它。

如果一下子施加一堆力,材料能够更快地过渡,拉伸弹性体和金属骨架,而不破坏它们,并使它们在力被移除后冻结在原地。加热仍然使一切恢复正常(更慢一点),但通过在材料内集成一个气动驱动的膜,你可以引入加压空气,并让它在几分之一秒内迅速 "弹 "成形状。研究人员用一个载货的小潜艇做到了这一点,该潜艇用一个货铲从平坦变成了弯曲。

该图显示了分层材料,通过一个循环(B)来驱动,以制作一个可变形的潜艇。科学机器人

由波士顿东北大学的研究人员(包括Sam Felton,他在折纸机器人方面的工作我们以前写过)撰写,题为 "Shake and Take: 一个折纸抓手的快速转换"。它展示了一个抓手的设计,由于折纸手指在几种不同的配置下是稳定的,它可以从字面上摇身一变成为三种不同的抓取类型。

手指是欠驱动的,每个手指的底部都有一个单一的马达来驱动折叠或展开运动。捏、包和中性(直)抓之间的转换是有顺序的,由仔细控制的抓手摇动驱动,使手指的一些折纸褶皱从 "山 "形褶皱扣到 "谷 "形褶皱,改变手指的运动方式。要做到这一点需要恰到好处的力量,以便正确的褶皱被转换过来。特别是,在视频的最后,两个手指从缠绕模式转为夹持模式的过渡需要以每秒约1米的峰值速度摇动一次,然后旋转,再以每秒约0.3米的峰值速度摇动一次。

就像第一篇论文中的变形材料一样,这个抓手最酷的地方在于它的灵活性和刚性的结合,使它在需要的时候可以有效地变形,而不影响它以可预测和可控制的方式与周围世界进行有力的互动。像这样的方法似乎很可能最适合于相对特定的利基应用,但在这些利基应用中,变形机器人可能比我们认为的传统机器人技术更有效、更灵活。

 



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