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2017年07月30日 星期日 放大 缩小 默认   
模仿常春藤的软机器人
凌启渝
  斯坦福大学访问教授埃利奥特·霍克讲过这样一个故事:“我注意过一种英国的常春藤植物,几个月时间里,它在我书架边框上弯曲地生长,显然是在朝向阳光,我觉得它以非常缓慢的方式边思考边生长……”

  现在,霍克和同事们研制了新颖的软机器人(图:L.A.Cierco),不是模仿人或动物,而是从没有腿的生命——植物那里得到灵感,它探索着伸长卷须,准备执行危险的、不能完成的任务。他们的研究发表在《机器人科学》杂志。

  这个机器人(好像还没有名字)的身体原长28厘米,由卷包起来的聚乙烯袋构成,袋体分成两个腔,连接着由电池驱动的充气泵。充气泵发动,驱动着机器人膨胀、前端伸展(而原点并不移动),一直能扩展到72米,是原来长度的250倍。而两个腔充气的差异则使身体边伸出边弯曲。

  软机器人的前端安装有摄像头,电缆贯穿着整个身体。身体的生长让摄像头前伸,也带出电缆的备用部分。软机器人借助摄像机观察,备有算法能解释其所见,从而自主决定伸展的方向,遵循自己选择的复杂路径到达目标。

  斯坦福大学和加州大学圣塔巴巴拉分校的研究团队对软机器人进行了系列测试,内容可谓五花八门。它成功穿过堆有捕蝇纸、黏稠液体和钉子的场地,然后攀登冰壁。它曾经被钉子刺破但没被阻止,刺穿的部位变成原点,而机器人前端继续扩展。

  有足够压力时,它甚至能滑出所检查管道的裂缝,在管道外向上攀爬,然后关闭阀门。这一招能在煤气泄漏时挽救生命,同时避免让救援人员身处险境。

  安装在机器人前端的有效载荷也可以是天线、传感器。比如它能卷曲着伸向空中,快速撑起活动天线。它看似单薄,但在试验中能顶起100公斤的板条箱。这本领使它能从瓦砾中解放被困者的腿。

  它钻过仅自身直径十分之一的缝隙,转弯抹角到达目的地。由于其一端固定,前端到达目的地时,就形成了能有许多用途的结构,如用于通讯、支撑、交运有效载荷。而机器人本身还能作为管道使用,将空气通给被困者,或将水引向难以触及的火焰(为此,团队已计划了充水驱动的试验)。

  软机器人的前端负荷甚至可以是微小的外科工具。霍克说,团队将机器人缩小到直径0.25厘米以下,以试验借静脉为导管,用小手术刀帮助脑手术。

  现在的版本用于概念证明,材料与塑料购物袋无异。未来会采用防破裂材料,如尼龙或芳纶。而为准备外科手术应用,在体内试验中还会采用医用级材料。

  霍克清楚地认识到传统刚性机器人和软机器人各自的优势:前者的精度和可重复性;后者的特殊适应性和对人身的安全性。

  凌启渝

     
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