軟體機器人新型驅動技術來臨:外加電場和磁場

2020-12-04 DeepTech深科技

機器人專家們正在研究製造具有柔軟靈活軀幹的機器人。軟體機器人由於其本質上的可塑性,有著傳統的剛性機器人無法具備的一些優點,比如更安全,更抗摔,並且能夠兼容各種獨特的運動方法。但是由於常用的供電和驅動方法並不具備柔性特質,軟體機器人的這些優點不得不打折扣。

但是在上周,兩種新的方法被發表,分別利用外部磁場和電場來驅動軟體機器人的撲翼運動。

上圖為浙江大學研發的軟體機器魚。該軟體機器魚利用介電高彈體薄膜作為軟體撲翼。介電高彈體在外加電場作用下,可以在較短時間內產生較大形變,但是需要的電壓通常在10 千伏級。

跟傳統介電高彈體不同,該軟體機器魚的介電高彈體撲翼並非絕緣的,而是充分利用了水的導電性從而構成電極和電場。

此外,該軟體機器魚還有其他一些引人注目的創新點。首先它基本是全透明的,包括魚身、魚鰭、魚尾和高彈性肌肉撲翼。雖然附加的電池和電子器件不是透明的,但是卻使得它能夠完全獨立自主運行。

一個450毫安時、3.7伏的電池可以保證該軟體機器魚以1.1釐米/秒的速度在水下持續運行3小時15分鐘,甚至還可攜帶一個小型攝像頭。它的最大運動速度可以達到6.4釐米/秒,正常工作溫度可以從略高於冰點(0°C)到近75°C。

這個軟體機器人魚的運動效率甚至能夠與虹鱒魚相媲美,後者(25釐米長)以10釐米/秒的速度運動時功耗大約為0.03W。當然,真正的鱒魚運動速度和動態性能會更好,但對於機器人而言,能夠達到生物學上的運動效率已經實屬難得了。

研究人員還沒有確定將這一軟體機器魚用於什麼領域,現在更可能的是先驗證這些技術的可行性,然後再將下一代機器人應用於實踐。

與此同時,北卡羅來納州立大學的研究人員正致力於研究一種更基礎的可以用於軟體機器人的驅動技術。雖然還沒有到開發機器人的階段,但他們已經成功利用磁場遠程驅動由高分子膜製成的人工肌肉,如上圖所示。

研究人員首先將鐵粉倒入液體聚合混合物中,然後外加一磁場使得這些鐵粉規則排列形成相互平行的鏈條。這一粘性混合物變成固體後被切成條狀,但是那些鐵粉鏈仍然存在,在另一個外加磁場的作用下,鐵粉鏈將會產生位移,從而引起聚合物的形變。

通過改變磁場的強度和方向,或者調整聚合物的結構,研究人員製造出了不同的具有應用前景的軟體驅動器,比如一個可以提起50倍於自身重量的懸臂,一個像肌肉一樣伸縮的手風琴結構,一根像蠕動泵一樣帶有行進壓縮波的管子。

這些驅動器造價低廉,製造簡單,但是只限於有外力作用的情況下。所以它們在體內機器人,或者一些不需要持續驅動的場景中也許能夠更好地發揮其優勢。

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