新型模塊化的柔性機器人:由真空驅動!

2020-11-25 環球創新智慧

導讀

最近，瑞士洛桑聯邦理工學院可重構機器人實驗室的研究團隊（RRL, EPFL）發布了一種通過真空驅動的新型軟氣動執行器，且製作出模塊化的柔性機器人，它柔軟、輕量、可執行多種動作。

關鍵字

柔性、機器人

背景

柔性，已成為電子產品的重要創新趨勢，筆者之前在多篇文章中都介紹過與柔性電子產品相關的技術。然而，不僅是電子產品領域，機器人領域也湧現出許多柔性的產品。

例如，波蘭華沙大學開發的液晶彈性體機器人，能夠模仿毛蟲的步態，從光線中吸收能量。液晶彈性體（LCEs）是一種智能物質，它在可見光照射下，會產生很大的形變。

（圖片來源於：華沙大學物理學院）

除了液晶彈性體柔性機器人，美國史丹福大學的科學家還開發出了另外一種新型柔性機器人。它受到了自然生物例如藤蔓、真菌和神經細胞的啟發，向該機器人靜止的一端注入壓縮空氣時，機器人身體會向外翻，不斷生長，到達很遠的地方。這種柔性機器人比那些剛性的機器人更加安全，不容易傷到人。同時，它特別適合災害環境中的施救，因為它可以按照複雜的路徑前進，可以在天花板上、牆體中、道路下和管道內活動。

（圖片來源：L.A. Cicero/Stanford News Service）

創新

最近，柔性機器人方面的一些科研進展顯示，柔軟的氣動執行器（SPA）的開發，保證了機器人的各個部件變成柔軟的，其中包括功能部件。

傳統意義上，SPA一般用於增加執行器某些部分的壓力，但是來自NCCR Robotics 和瑞士洛桑聯邦理工學院可重構機器人實驗室的研究團隊（RRL, EPFL）發布了一種新型SPA，它使用的是真空。

相關論文發表於《ScienceRobotics》期刊。

（圖片來源：EPFL）

技術

這種以真空為動力的新型軟氣動裝置也稱為（V-SPA），它柔軟、輕量、且非常便於製造。團隊使用泡沫材料，且為之塗上矽膠層，製作出這種執行器。製作過程使用了現成的部件，而無需模具。實際上，製造V-SPA 僅僅只需兩小時時間。

（圖片來源：EPFL）

這些執行器一旦製成，就會整合到即插即用的「V-SPA模塊」中。這些模塊創造出一種簡化的軟氣動機器人的設計，具有許多自由度。實際上，團隊創造出的這種可重構的模塊化機器人，正使用了這些模塊。在這些模塊中，機器人的每項活動都由單一的共享真空源提供能量，使它具有不同種功能，例如多種形式的地面運動、垂直攀爬、對象操縱和剛度變化。

（圖片來源：EPFL）

為了測試這種新型模塊化機器人，團隊添加了一個吸氣臂，它使用真空泵撿起並移動一些列物體。要撿起物體時，吸氣臂會被打開；要放下物體時，吸氣臂會重新充滿空氣。進一步的測試包括將吸盤與機器人相連接，以及使用它爬上一個垂直的窗戶，以及讓機器人以不同的步態行走。（像蛇一樣匍匐前進，或者旋轉式行進。）

（圖片來源：EPFL）

價值

通過製作這種柔軟、輕量、可以向任何方向移動的執行器，團隊希望為我們帶來新一代的真正柔軟、聽話的機器人，能與使用者安全交互。

參考資料

【1】https://www.nccr-robotics.ch/2017/08/30/new-soft-robots-really-suck/

【2】M. A. Robertson and J. Paik, 「New soft robots really suck: vacuum powered systems empower diverse capabilities,」 Science Robotics. doi/10.1126/scirobotics.aan6357

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