仿生机器人科学研究渐渐B4P50PA

2023-07-11 03:46:18

　　仿生机器人科学研究渐渐B4P50PA

　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人行业典型研讨会

　　美洲狮是陆地上跑得最快的鸟类，蟒蛇能上天入地弯弯曲曲，即使是貌似的跳蚤也能达到200英哩的时速——鸟类世界里的种种奇迹不仅令微生物爱好者们热血沸腾，还为仿生机器人的设计提供更多了可贵的灵感。多年来，麻省理工学院(MIT)的教授兼机器人设计师安德鲁(Sangbae Kim)一直致力将鸟类的病理机制嫁接到机器人头上，并获得了一连串令人瞩目的成果。日前安德鲁推出了自己的最新设计——一只以美洲狮为原型的仿生机器人，其速度仅约每小时35英哩。

安德鲁指出，轮式机器人在平地上的作业效率尚可，不过行动速度过慢却是其致命弱点。比如iRobot公司生产的美国军用机器人PackBot时速仅为5.8英哩。而美洲狮异常灵巧的脊椎可在奔跑中提供更多额外的加速度或助推力。根据他的计划，科学研究小组将使用碳-纤维-泡沫合成金属材料内部结构两个轻量的机器人原型，其速度可与美洲狮媲美。

多年来，安德鲁一直致力衍生自微生物学模型的机械设计。他认为，鸟类王国为缔造移动机器人提供更多了最可贵的灵感。体育运动是鸟类生活的核心部份，也是其最重要的机能之一。它们需要不断地寻找食物、水源、住处或逃离天敌。通过对其病理机制的简化和改造，以安德鲁领衔的科学研究小组缔造了一连串颇具突破性的仿生机器人。其中包括不久前面世的蟒蛇机器人Stickybot。安德鲁介绍说，蟒蛇能在横向的墙面上弯弯曲曲，其速度约为每秒1米。这种非凡的能力使其成为食腐机器人的完美榜样。蟒蛇的身手之所以如此灵巧，其奥秘是一种名为“定向粘连”(directional adhesion)的机能，它能使蟒蛇在行进过程中另一面牢牢吸附在墙面上，另一面迅速地将四肢与墙面分离。此外，蟒蛇的座套上覆盖着一层绒毛，其直径至多是人体细丝的千分之一。在分子间的相互作用力下，这层绒毛能牢牢地附着在物体表层，从而在横向爬墙的过程中支撑蟒蛇的体重。

安德鲁借鉴了蟒蛇的内部结构，为Stickybot打造出了一种拥有聚酯纤维毛发的座套。由于其厚度大于蟒蛇的脚掌，机器人的爬行能力也受到了一定的限制。现阶段它只能爬墙非常平滑的表层，如玻璃或Chalancon。不过，以安德鲁领衔的科学研究小组正致力完善相关技术，以期未来Stickybot能够爬墙纹理不均匀的墙面。届时食腐机器人的应用范围亦将得到极大的拓展，如水下石油管道的维修和高楼窗户的清洗等。

除了蟒蛇之外，蜘蛛也为安德鲁的食腐机器人设计提供更多了不少灵感，比如现阶段正在接受试验的Spinybot——两个六足机器人，它头上的微型爪子或小刺反之亦然可对物体产生机械性能。和猫类不同，Spinybot无需用小刺穿透物体表层，只需“抠”住那些轻微的凸起或凹陷即可行进。它的每只脚上约有10个chorus，每个脚趾上都有两根科紫麻，上面的机械装置能独立拉伸，以期分担体重。此外，身后的尾巴也减少了前肢所需的力量。现阶段SpinyBot的研制已经获得了成功，科学研究小组的下两个目标是利用该技术打造出重型机器人。

跳蚤或许是世界上最貌似的微生物，不过它在安德鲁的科学研究中反之亦然扮演了重要的角色。跳蚤在1秒中逃窜的路程是其人体长度的50倍，按照人类的标准换算即为每小时200英哩。安德鲁在实验中辨认出，跳蚤腿的漠视频率约为每秒钟15次，它们主要是依靠自身的力学性能行进，而不是对脚部体育运动的精确控制。正是基于这一辨认出，安德鲁设计了自己的第一款仿生机器人——iSprawl，以期对体育运动动力学、脚部的设计和组织理念进行试验。它是两个手掌大小的六足机器人，拥有一块电池、两个电动马达、固定式式电缆传输控制系统和电力输送控制系统，该控制系统可将旋转功力转换为脚部的推力，其速度仅约每秒7.5英尺。随着iSprawl的面世，安德鲁的“蔓延式”(sprawl)机器人家族也开始在科学界崭露头角。

　　( 文章来源：网络 )

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