創造了新型的柔軟 不斷增長的機器人

想象一下救援人員在倒塌的建筑物的廢墟中尋找人員。他們不是用手挖掘碎片，也不是讓狗嗅到生命跡象，而是帶出一個小而氣密的圓柱體。他們將設備放在碎片的入口處并翻轉開關。從圓筒的一端，卷須延伸到大量的石頭和泥土中，就像快速攀爬的藤蔓。卷須尖端的攝像頭為救援人員提供了瓦礫下方無法到達的地方的視圖。

這只是斯坦福大學機械工程師創建的一種新型機器人的一種可能應用，詳見6月19日的“ 科學機器人”一文。靈感來自于通過生長來覆蓋距離的天然生物 - 例如葡萄藤，真菌和神經細胞 - 研究人員已經對其柔軟，不斷增長的機器人進行了概念驗證，并通過了一些具有挑戰性的測試。

“從本質上講，我們正試圖了解這種新方法的基本原理，以便從機制中獲得移動性或移動性，”機械工程教授，該論文的高級作者Allison Okamura解釋道。“這與動物或人們環游世界的方式非常不同。”

為了研究他們的機器人可以做什么，該小組創建了原型，通過各種障礙物移動，朝著指定目標前進，并成長為獨立式結構。研究人員說，這種機器人可以用于各種各樣的目的，特別是在搜救和醫療設備領域。

一個成長的機器人

這個機器人背后的基本思想很簡單。它是一個內部折疊的柔軟材料管，就像一個由內向外的襪子，當管子前端的材料外翻時，它會向一個方向生長，因為管子會從右側向外傾斜。在原型中，材料是一種薄而便宜的塑料，當科學家將壓縮空氣泵入靜止端時機器人體外翻。在其他版本中，流體可以代替加壓空氣。

這種機器人設計非常有用的原因在于設計導致尖端移動而不會移動身體。

加州大學圣巴巴拉分校的訪問助理教授，該論文的第一作者艾略特霍克斯解釋說：“身體從末端延伸，但身體的其他部分不會移動，身體會變長。” “身體可以粘在環境中或卡在巖石之間，但這并不能阻止機器人，因為隨著新材料的加入，尖端可以繼續前進。”

該小組測試了這種方法的好處，可以通過多種方式將機器人從一個地方帶到另一個地方。它通過一個障礙路線發展，在那里它通過飛紙，粘膠和釘子以及冰墻進行傳播，傳送一個傳感器，可以感知被困幸存者產生的二氧化碳。它成功地完成了這個過程，即使它被釘子刺破，因為被刺破的區域沒有繼續移動，因此，通過留在釘子頂部自我密封。

在其他演示中，機器人舉起一個100公斤的箱子，在距離直徑10%的門縫下生長，并自行旋轉形成一個獨立的結構，然后發出無線電信號。機器人還通過落地天花板上方的空間進行操縱，展示了它如何能夠駕駛未知障礙物，因為像這樣的機器人可能需要在墻壁，道路或管道內進行。此外，它還將電纜穿過其主體，同時在落下的天花板上方生長，提供了一種在狹窄空間內布線的新方法。

困難的環境

“我們關注的應用是那些機器人在困難環境中移動的應用，其中功能無法預測且存在未知空間，”岡村實驗室研究生，該論文的共同作者Laura Blumenschein說。“如果你可以將機器人放在這些環境中，并且它在移動時不受障礙物的影響，你不必擔心它在探測時會受到損壞或卡住。”

這些機器人的一些迭代包括一個控制系統，該控制系統差異地使身體膨脹，這使得機器人向右或向左轉。研究人員開發了一種軟件系統，該系統基于從機器人尖端的攝像頭進入的圖像進行方向決策。

軟機器人的一個主要優點是它們比堅硬的剛性機器人更安全，不僅因為它們柔軟，而且因為它們通常很輕。這在機器人可能與人近距離移動的情況下尤其有用。對于這種機器人來說，另一個好處是它具有靈活性并且可以遵循復雜的路徑。然而，這也帶來了一些挑戰。

Okamura實驗室的研究生，該論文的共同作者Joey Greer說，控制機器人需要一個精確的運動模型，這對于軟機器人來說很難建立。相比之下，剛性機器人更容易建模和控制，但在許多需要靈活性或安全性的情況下無法使用。“此外，使用相機引導機器人到目標是一個難題，因為相機圖像需要按照它產生的速度進行處理。很多工作都在設計算法，這些算法運行速度快，產生的結果準確無誤足以控制軟機器人，“格里爾說。

大而小

由于它現在存在，科學家們手工制造原型并通過氣動氣壓驅動。將來，研究人員希望創建一個可以自動生產的版本。未來的版本也可能使用液體生長，這可能有助于將水輸送到被困在狹小空間中的人或在封閉的房間內撲滅火災。他們還在探索新的，更堅韌的材料，如防撕裂尼龍和凱夫拉爾。

研究人員還希望將機器人擴大得更大，更小，以了解它的表現。他們已經創造了一個1.8毫米的版本，并相信小型的機器人可以推進醫療程序。代替穿過身體的管子，這種類型的軟機器人將在不拖曳精致結構的情況下生長。