深圳先進院軟體機器人形態學計算研究取得進展

2020-08-01 光明網

近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所神經工程中心研究員夏澤洋團隊等在軟體機器人形態學計算研究中取得新進展。相關研究結果以Optimal Design of Soft Pneumatic Bending Actuators Subjected to Design-Dependent Pressure Loads為題，發表在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics上（2019, 24(6): 2873-2884 ），夏澤洋為論文通訊作者。

軟體驅動器的設計方法可以分為仿生設計方法和形態學計算方法。與需要大量實驗的仿生設計方法相比，形態學計算方法可以根據個性化的設計需求生成創新的結構。現有的形態學計算方法一般基於拓撲優化方法實現，不能直接應用於彎曲型軟體氣動驅動器（SPBA）設計，因為SPBA的形態通常還與所承受的設計有關的壓力載荷相關，其施加的位置取決於具體的內部腔體結構。為此，研究人員提出一種基於雙向漸進拓撲結構優化法的SPBAs形態學計算框架，以解決軟體機器人形態學計算及優化關鍵問題。

該優化設計框架基於數值拓撲優化方法建立，並將SPBA視為順應性機構，設定的優化目標是實現特定加載壓力下的最大彎曲變形和結構剛度。在有限元分析中，設計域中的每個元素根據靈敏度設置為實體或空腔，靈敏度用目標函數對設計變量的導數近似逼近。迭代優化時，定義壓力作用於可移動的實體邊界表面。通過上述優化得到的驅動器拓撲結構結果製作樣機，在無負載實驗中對其性能進行了評估。同時，為驗證該方法的有效性和實用性，設計具有和不具有應變限制層的矩形實體和圓柱形SPBA，分別得到使其實現最大彎曲運動的優化結果。

該研究從理論分析角度驗證了廣泛應用的氣動網格式（PneuNets）軟體驅動器的結構合理性。同時，該方法可以改變當前軟體驅動器基於經驗的試錯式結構設計模式，使SPBA設計面向特定的個性化運動需求，並使研究能夠應用於需要結合結構約束和設計需求的應用領域，如通過更改優化目標函數，可創建用於滿足手部康復運動的非對稱結構的SPBA。

形態學計算是軟體機器人設計亟待解決的關鍵基礎問題。該研究建立了一種基於拓撲優化的軟體機器人形態學計算方法，是首次嘗試使用數值計算的方法從形態學計算的角度來設計軟體驅動器。基於拓撲優化方法的形態學計算框架，為滿足特定功能任務的軟體機器人的個性化形態設計提供了一種解決方法。

深圳先進院軟體機器人形態學計算研究取得進展

目標函數、末端點豎直位移和體積分數的演化過程

深圳先進院軟體機器人形態學計算研究取得進展

基於雙向漸進拓撲結構優化法的SPBAs形態學計算的拓撲結構的演化過程示例

相關焦點

  • 深圳先進院發表柔性微創手術機器人研究進展綜述
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院院微創中心王磊研究員團隊圍繞靈巧型手術機器人的研發路線和蛇形手術機器人的設計機理進行深入調研，取得了新進展。博士後Olatunji Omisore是本文第一作者，李暉副研究員和熊璟高級工程師是共同作者，王磊研究員是通訊作者，深圳先進院是第一通訊單位。手術機器人有著廣闊的發展前景，但由於缺乏有效的機器人運動控制和遠端操作約束方案，具有蛇形冗餘或連續體結構的柔性/軟體系統的臨床應用仍然受到很大限制。
  • 深圳先進院高性能鉀離子電池負極材料研究取得進展
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】導讀中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展3月18日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在新型高性能鉀離子電池的負極材料研究方面取得新進展：理論預言苯乙烯材料是一類非常有前景的鉀離子電池負極材料，基於大量的計算模擬數據指出苯乙烯材料在用作鉀離子電池負極材料時具有非常高的理論比容量和非常小的體積膨脹。
  • 深圳先進院AIE納米仿生機器人研究取得重要進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所納米醫療技術研究中心蔡林濤研究員、張鵬飛副研究員、龔萍研究員、鄧冠軍博士等與香港科技大學唐本忠院士及湘潭大學陳華傑教授合作，經過長時間努力，成功研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤靶向診療。
  • 深圳先進院在微納生物機器人治療腫瘤研究中獲進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所研究員蔡林濤，與集成所副研究員徐天添、研究員吳新宇等合作，在微納生物機器人治療腫瘤研究中取得新進展。微納生物機器人是微納尺度的類生命機器人，具有自動化和智能化等機器人屬性，能夠到達現有醫療器械難以企及的微觀區域，有望革新傳統醫學實現疾病的精準診療。
  • 深圳先進院等在聚集誘導發光納米仿生機器人研究中取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所納米醫療技術研究中心研究員蔡林濤、副研究員張鵬飛、研究員龔萍、博士鄧冠軍等，與香港科技大學教授、中科院院士唐本忠以及湘潭大學教授陳華傑合作，研發出一種基於聚集發光元件的AIE納米仿生機器人系統，用於血腦屏障穿越及腦膠質瘤
  • 深圳先進院等光電催化水分解研究方面取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心等在光電催化水分解研究方面獲得新進展。深圳先進院馬明副研究員與以色列理工邢政博士為共同一作，北京大學深圳研究生院楊世和教授與香港科技大學Haibin Su副教授為共同通訊作者。光電催化分解水系統作為優良的太陽能轉化體系備受關注，然而其轉化效率一直受到光陽極上氧化反應過程遲滯的限制。
  • 深圳先進院等在水系鋅離子電池電鍍動力學研究取得新進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心陸子恆助理研究員與香港理工大學張標助理教授協作，對有機配位小分子對水系鋅離子電池的電化學電鍍過程的調控機制進行研究，實現了高效穩定的鋅負極電鍍過程。
  • 深圳先進院【綜述】仿生智能驅動器研究進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究中心杜學敏研究團隊與香港中文大學張立副教授合作在Wiley旗下期刊Advanced Intelligent Systems上發表仿生智能驅動器研究進展綜述Intelligent polymer-based
  • 中科院深圳先進院醫工所納米調控研究中心誠邀海內外優秀人才加盟
    二、研究中心簡介：　　中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱先進院）由中國科學院、深圳市政府和香港中文大學2006年在深圳共同組建，是國家科技產業中心深圳唯一的國立科研機構。經過十多年的發展，成長為人才一流、科研一流、服務一流的國家級研究機構（網址：http://www.siat.ac.cn/）。由中國科學院與深圳市政府合作，依託深圳先進技術研究院建設的中國科學院深圳理工大學，將為先進院科研人員提供更廣闊的發展空間。　　生物醫學與健康工程研究所（簡稱醫工所）是中國科學院生物醫學與健康工程領域規模最大的研究單元。
  • 深圳先進院等在低劑量光聲成像取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物醫學光學與分子影像中心劉成波研究員團隊、醫學人工智慧研究中心梁棟研究員團隊，與武漢協和醫院放射科鄭傳勝教授團隊合作，提出了基於卷積神經網絡的低劑量光聲成像方法，該方法有望推動光聲成像技術進一步臨床轉化。
  • 深圳先進院等發表耐高溫聚醯亞胺鋰電池隔膜研究進展綜述
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料中心楊春雷研究員團隊與東華大學劉天西教授團隊合作，在Journal of Energy Chemistry(能源化學，影響因子=7.2)上發表題為Polyimide Separators for Rechargeable Batteries(可充電電池用
  • 深圳先進院X射線源及X射線探測器研發取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在X射線源和X射線探測器研發方面取得新進展，深圳先進院均為第一單位。 無機械旋轉CT可以解決以往旋轉CT掃描過程中因病人的呼吸、心跳等生理運動產生的偽影問題，實現靜態多角度探測。為了實現無機械旋轉CT掃描，目前主要使用電子槍產生的聚焦電子束在X射線靶上進行空間和角度的掃描，但掃描角度有限。
  • 深圳先進院高性能導熱複合材料研究獲系列進展
    深圳先進院高性能導熱複合材料研究獲系列進展 2018-05-16 深圳先進技術研究院 【字體：大 中 小】 　　近期，中國科學院深圳先進技術研究院集成所先進材料中心研究員孫蓉團隊在高性能導熱複合材料研究中取得一系列進展
  • 深圳先進院等發表仿生智能驅動器研究進展綜述
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究中心杜學敏研究團隊與香港中文大學張立副教授合作在Wiley旗下期刊Advanced Intelligent Systems上發表仿生智能驅動器研究進展綜述Intelligent polymer-based bioinspired actuators: from monofunction to multifunction
  • 深圳先進院等在腫瘤光聲分子成像研究中取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物醫學光學與分子影像中心劉成波副研究員團隊、德克薩斯大學奧斯汀分校化學系Jonathan教授團隊、韓國高麗大學化學系Jong Seung教授團隊合作，探索了可拓展順磁性金屬卟啉類物質光聲成像機理，發現以金屬錳為中心的德克薩卟啉衍生物（錳德克薩卟啉：MMn）存在順磁性、德克薩卟啉強吸收性、無螢光發射損耗特性
  • 深圳先進院等在合成酵母菌研究中獲進展
    深圳先進院等在合成酵母菌研究中獲進展 2018-05-24 深圳先進技術研究院 【字體：　　繼2017年3月國際期刊《科學》（Science）以封面形式報導了我國科學家參與的釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0）的裡程碑式進展
  • 深圳先進院等發表低溫甲烷氧化轉化研究進展綜述
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心馬明副研究員團隊與韓國延世大學Jong Hyeok Park教授團隊合作，在Advanced Science（Advanced Science2020, 2001946; IF:15.84）上發表題為Catalytic Oxidation of Methane to Oxygenated
  • 深圳先進院與濟寧院齊獲中國產學研大會合作創新獎
    中國科學院深圳先進技術研究院和濟寧中科先進技術研究院榮獲中國產學研合作創新獎。　　產學研合作是新時期深圳先進院面向國家和區域產業和社會需求進行的重大科技布局，是深圳市建設國家首個創新型試點城市的重要科技支撐平臺。
  • 深圳先進院等在超振蕩波束與聲學超透鏡研究中取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院勞特伯生物醫學成像研究中心超聲團隊研究員鄭海榮、蔡飛燕與華中科技大學教授祝雪豐、新加坡國立大學教授仇成偉合作在超振蕩波束與聲學超透鏡研究中取得進展。