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智能设备

灵活、安全、稳定刚柔并济的「软体」机器人可

  灵活、安全、稳定刚柔并济的「软体」机器人可望成为发展趋势

  ▲灵活的软体机器人成为发展主流

  

   从大自然中攫取灵感,我们的机器人正变得越来越柔软。近年来,机器人行业涌现出了一大批奇形怪状的、未来感十足的机器人:夹具(EOAT)像章鱼触手般灵活的机器人、在发动机内钻来钻去的机器人、在水下自制能量的机器人等。这些发明无一不挑战着我们传统思维中对机器人发展方向的设想。

  ▲新加坡国立大学使用柔性面料制成的外骨骼手套

  

   据IDC预测,到2020年,全球机器人行业的市值将达到1880亿美元,但现阶段的机器人还有很多不足,如它们都是用刚性材料,如金属、塑胶制成的。可以想见的是,未来的机器人会更轻、更柔软、对外部动力依赖程度更低,到时候人机协作会更安全、更协调。

  

   近日正在新加坡举行的2017年ICRA机器人大会上,相信人们一定很难从这款机器人身上移开视线,它是一款专门为「钻入」人体肛门而设计的机器人。

  

   据悉,这款肠镜机器人由来自美国科罗拉多大学波尔得分校的研究小组开发,机器人身体非常灵活,由于采用的是一种矽橡胶材料,所以它要比传统的结肠镜检查工具更让人感到舒服。

  

   此外,它在进入人体之后穿透肠壁的几率要比传统工具更低。这款工具可以在进入人体结肠之后在里边拍摄图像以及取样进而说明医生诊断出疾病。

  ▲北航研制成功仿生软体机器人

  

   北京航空航太大学与国外一家公司近日合作研制成功软体章鱼触手机器人。仿生软体触手从自然界中的头足纲软体动物(如章鱼、乌贼等)的生理结构获得灵感,由接近生物软组织材料组成。

  

   仿生软体触手可快速实现其弯曲缠绕运动,内侧分布的吸盘可有效地吸附物体,将吸附与缠绕两种方式结合,实现对多种不同形状,不同尺寸、不同摆放姿态物体的安全、无损、稳定抓持。未来将应用于工业、医疗、康复、服务等领域。

  ▲MIT研制透明水凝胶机器人可快速抓放金鱼

  

   麻省理工学院(MIT)的研究人员创造了一种使用水凝胶制成的全新机器人,当将其置于水下时,肉眼几乎不可见。尽管是由透明的水凝胶制成,但这种机器人能够进行合理地快速移动,包括抓住活鱼等。在抓住活鱼后,还能释放它令小鱼安全回到水中。研究人员表示,这种精确但温和接触的机器人将来能被用于多个领域,包括协助医生完成手术等。

  

   近日,浙江大学航空航太学院、浙江省软体机器人与智慧器件研究重点实验室李铁风副教授和黄志龙教授课题组从海洋生物鳐鱼(蝠鲼)的柔软身体与柔性扑翼推进获得启发,利用介电高弹体薄膜作为软体人工肌肉驱动器。

  

   介电高弹体是一种典型的电回应聚合物,在外加电场下作用下,介电高弹聚合物可以产生大变形,具有高弹性能密度、短反应时间、高效率等优点。当在介电弹性体上施加薄膜厚度方向的电压时,介电高弹聚合物薄膜会减小厚度,扩大面积。该软体机器鱼是通过介电高弹体薄膜对交流电压的回应,将薄膜张力变化转化为机器鱼的扑动,从而通过柔性鳍获得水动力。

  

   目前,英国机器人专家最新研制一种软体机器人,它们通过吞噬有机物质获取能量,能够有效地消化一些活体微生物。科学家认为,这种自立型「机器人清道夫」可用于清除污水或者藻华。

  

   它能够从周围的水域中搜寻有机物质,获取能量「维持生存」。使用一种软体聚合物膜做为「嘴部」,软体机器人能够过滤周围的水栖环境,从而获得所需的能量。但它不同于活体生物的胃部或者消化系统,它依赖于一种装配细菌的微生物燃料电池,能够分解有机物质。微生物分解释放存储在生物质能之中的化学能量,将其转变成为机器人使用的电能。

  ▲新型「章鱼机器人」实现全软体结构

  

   世界首个完全软体的自我驱动机器人。

  

   哈佛大学的科学家借助过氧化氢催化分解产生的氧气及可以自我回馈的微流体控制系统制备出了世界首个完全软体的且自我驱动的机器人,外形类似小章鱼,无需电力和外界控制,可独立控制机械臂运行4~8分钟。整个系统的核心部件如气动传输网路、燃料库、催化反应室等通过3D列印制作。其集成设计和制作方法使得在该结构中的多材料可程式设计组装成为可能,为全软体自主化机器人打下了基础。

  

   当然,软体机器人的蓬勃发展并不意味着刚性机器人的消失。即使柔软如布偶娃娃,它们内部也藏有刚性的马达和塑胶外壳。

   可以肯定的是,单纯生产柔性夹具而不生产配套刚性元件和相关系统的企业是无法生存的,Empire Robotics是全球第一家柔性夹具制造商,而它现在已经倒闭了。这个问题的关键在于,客户想要的是一整套生产设施,包括机器视觉和机器学习,而不单单只是一个机器人、一个末端工具。

   上图为Cambridge Consultants发明的水果采摘机器人,不同于一般夹具,这个机器手装备有机器视觉和机器学习系统,能智慧识别抓取物件,计算抓取顺序,并举起、放下物品。研究人员Wrench表示,他希望能看到有朝一日机器人能和人一起工作,比如收获像梨、苹果这样已「受伤」的果实。

  

   无论如何,机器人行业内将充满竞争,机器人企业也将面临紧迫的发展压力。

  

  

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