灵活如鱼:机器人配蛇形柔性骨骼,应激下可“窜出”三个身长

近日,据国际学术顶刊《科学》旗下子刊《科学・机器人学》刊登的文章,西班牙巴塞罗那科学技术研究所开发了一种基于骨骼肌的仿生混合软体机器人。

该机器人形似鳗鱼,配备 3D 打印的蛇形柔性骨架,具有自我应激能力,能在外部环境下调整运动模式,速度最高可达每秒 800 微米,快于其他骨骼生物机器人。

仿生混合软体机器人是继微型游泳机器人、爬行机器人、步行机器人之后的一个新兴领域。它是软体机器人的“升级版”,其内部组件由原来的纯人工合成材料转向天然生物材料与合成材料组合。其中,生物材料可以提供人工材料无法精确复制的独特特性,例如提高机器人对外界环境的应激能力。

论文链接:

https://robotics.sciencemag.org/content/6/53/eabe7577

一、配备 3D 柔性骨骼,增强生物机器人行动力

迄今为止,软体机器人的大多数研究都涉及到骨骼肌或心脏肌肉的使用。以骨骼肌为基础的生物机器人通常缺乏行动力和力量。

为解决这一问题,研究人员设计了一个形状像鳗鱼的水生生物柔性弹簧模型,并优化它的形状。

柔性骨骼具有高灵活性、可变形性和能量吸收性等特点,对环境具有较强的适应性。

研究者将模型 3D 打印出来作为骨骼生物机器人的支架,长约 260 微米,形状只允许朝着一个方向推进。

在移动电刺激下,骨骼生物机器人会产生肌肉收缩,从而压缩骨骼弹簧;当刺激消除后,弹簧中的能量释放出来,推动生物机器人前进。

二、滑行、爆发双运动模式,配速可达每秒 800 微米

这一鳗鱼形骨骼生物混合机器人具备滑行和爆发两种运动模式。

在滑行模式下,它像小溪中的鱼儿悠然慢速前行;在爆发模式下,它好似被惊动的鱼儿,可以从静止状态快速切换到运动状态。

测试表明,它能够达到每秒 800 微米的速度,相当于每秒三个身体长度。

据研究者称,这一配速已比任何其他基于骨骼肌的生物机器人都要快得多,并与基于心脏肌肉的生物混合机器人相当。

他们认为,他们的设计可能使得其他新的混合动力机器人具有更高的力输出,可以用来使游泳机器人更快,或工作机器人更加强大。

结语:软体骨骼将为仿生机器人增强行动力

在蛇形结构的 3D 柔性骨架的支持下,仿生机器人可以更灵活,在环境中适应性更强。

未来,3D 柔性骨骼也将有更多外形,为仿生机器人提供更高的力量输出。

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