CAA | 科普:一款能輕鬆翻轉的帶尾巴蟑螂機器人

2021-02-14 中國自動化學會

在不久以前,有科學家發現蟑螂在高速運動時,每次只有三條腿著地,一邊兩條,另一邊一條,如此循環反覆。根據這個原理,仿生學家製造出機械蟑螂,它不僅每秒能夠前進三米,而且平衡性非常好,能夠適應各種惡劣環境。

由羅恩·福瑞斯(Ron Fearing)引領的加州大學伯克利分校的生物模擬系統實驗室,擁有研究各種不同類型的蟑螂機器人的豐富經驗。 然而,他們最新的roachbot與原始昆蟲存在顯著的脫離:因為roachbot帶有一個尾巴,而實際的蟑螂是沒有的,尾巴的增設意味著它可以輕鬆地翻轉。

對於動態機器人來說,大多數尾巴都是比較笨重的設備,並具有一定的重量,因為它們的功能依賴於有足夠的慣性來影響機器人的身體。而這款蟑螂機器人的尾巴,基本上是一根堅硬的碳纖維棒,它會旋轉並推著地面,從而讓機器人翻轉過來。

科研人員發現,把尾巴和貝殼結合在一起,就能創造出一個非常有彈性的小腿機器人。

蟑螂機器人可以輕鬆地從樓梯上跳下來,隨後降落在地板上。它能夠在眨眼的時間(大約是0.25秒)自主地恢復和控制,然後重新再一次跳躍。雷鋒網獲悉,這種矯正技術具有可靠性,因為測試顯示,機器人可以在木頭、瓷磚和地毯上進行一次性的翻轉。如果在不太平滑的巖石(固定的和鬆散的)上翻轉,則成功率下降到80%,但是由於機器人可以用最少的時間和精力嘗試糾正 ,80%的速度足夠可靠。

因為尾巴對很多其他東西都有好處,所以這個機器人的研發下一步就是看看它還能做什麼,研究人員說道,「通過將尾巴的控制作為額外的運動肢體,進一步拓展機器人的機動性,探索利用單一自由度的低質量尾巴來實現功能的潛力。由於尾巴可以長時間地使用較大的力量,這相對於腿上的承受力而言,所以帶有衝擊力的尾巴運動可以產生明顯的垂直跳躍,以清除障礙或進行快速的轉彎。」

除此之外,《紐約時報》曾經記載關於真實的蟑螂機器人平日翻轉的細節。

在一般情況下,一隻蟑螂可能會發現自己在光滑的地板上、光滑的木頭、瓷磚或石頭。由於有一個相對較高的重心和光滑、圓潤的背部,一隻被翻過來的蟑螂會發現它很難在沒有樹枝、樹葉或其他不平整的特徵的情況下,利用它的腿去翻轉身子。

Carlos s . Casarez、Ronald s . Casarez,這兩位來自加州大學伯克利分校(University of California,Berkeley)的科研人員,在2017年加拿大溫哥華的IROS大會上展示了這款能自主翻轉的蟑螂機器人。

除了美國加州大學伯克利分校以外,其他國家的科研實驗室也對仿生機器人抱有較高的研發熱情。據雷鋒網了解,俄羅斯的科學家們曾經在2015年宣布,他們歷經7個月花費150萬盧布(約15萬元人民幣),研製出一款以南美蟑螂為原型的微型機器人「蟑螂特務」。

他們根據蟑螂運動的動力學原理,使用回形針、彈簧、鋰電池等數百個微型零件完成了初始模型的研製工作。此項機器人模仿蟑螂的外形、習性和內部構造,讓機器人獲得蟑螂的生活能力和運動特性。它體長10釐米,每秒可走0.3米。

研究人員還考慮如何增強這種機器人的偽裝性,使它不易被發現。目前,蟑螂機器人尚不能裝配相機,但是能夠攜帶重量10克的物體,比如裝配一個小型可攜式相機。研究人員表示,蟑螂機器人將應用於搜尋和偵察任務,還能尋找掩埋在地震廢墟中的災民。

也許在不遠的將來,太空探索、排除地雷、救援等場景會成為蟑螂機器人的用武之地。

來源:雷鋒網

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