国外黑科技——软体智能机器人的诞生

北卡罗莱纳州立大学和天普大学的工程研究人员开发了受水母启发的软机器人,这些机器人可以超越现实生活中的同行。实际上,新的水母机器人强调了一种使用预应力聚合物使软机器人更强大的技术。

北卡罗来纳州立大学机械与航天工程学院之前就有在观察猎豹的运动,从而研究出了第一代的软体机器人,尽管这些机器人速度很快,而且很灵敏,但它们的内脊仍然坚硬。

学院的助理教授杰因(下面简称杰因)在新的论文中提到:“我们想制造一个没有内脊的完全软的机器人,它仍然利用在两个稳定状态之间切换的概念,以使软机器人更强大,更快速地运动。我们受到启发的动物之一水母在旁边。”

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研究人员使用相同弹性聚合物的两个粘合层创建了他们的新软机器人。一层聚合物被预应力或拉伸。第二层没有预应力,并包含空气通道。

杰因说:“我们可以通过将空气泵入通道层来使机器人'弯曲',而我们可以通过控制预应力层的相对厚度来控制弯曲的方向。”

运作方式如下。当与第三无应力层(称为中间层)结合使用时,预应力层希望沿特定方向移动。例如,你可能有一块聚合条,它已通过向两个方向拉动而受到了预应力。将预应力材料附着到中间层后,最终结果将是一个想要弯曲的双层条,就像皱着眉头的脸一样。如果该双层条带(也称为预应力层)比带有空气通道的层薄,那么当空气被泵入通道层时,皱眉曲线将弯曲成微笑曲线。但是,如果预应力层的厚度大于通道层的厚度,则在将空气泵入通道层时,皱眉会变得越来越明显。无论哪种方式,一旦允许空气离开通道层,

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实际上,这个简单的示例描述了研究团队创建的一种软机器人,即快速移动的软履带。它像一个幼虫在卷曲身体,然后向前跳跃,迅速释放出储存的能量。

水母机器人稍微复杂一点,将预应力的盘状层沿四个方向拉伸(考虑将其同时向东和向西拉,然后同时向南和向北拉)。通道层也不同,由环形空气通道组成。最终结果是一个看起来像水母的圆顶。

当水母机器人“放松”时,圆顶像一个浅碗一样弯曲。当空气被泵入通道层时,圆顶迅速弯曲,将水推出并向前推动。在实验测试中,水母机器人的平均速度为每秒53.3毫米。考虑到研究人员检查的三种水母没有一个比平均每秒30毫米的速度快,这还不错。

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最后,研究人员创造了一个三管齐下的抓地机器人-带有扭曲感。大多数抓手在“放松”时会张开,并需要能量才能将其提起并从A点移动到B点。但是,杰因和他的合作者使用预应力层来创建抓手,其默认位置为固定状态关闭。打开夹持器需要一定的能量,但是一旦夹持器就位,夹持器将返回其“静止”模式-保持货物紧紧。

杰因说:“这样做的好处是在运输过程中不需要能量来固定物体,这样更有效。”

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