


直奔主题:麻省理工学院正在开发充气机器人触手,这些无马达的肢体能够对定向喷射的气体做出反应,从而弯曲和抓握。但这些起伏部件的灵感来自鱼。而这正是更适合我们开始介绍的机器人。
就机器人而言,麻省理工学院新推出的自主鱼形机器人是一款相对朴实、目标单一的机器。它的设计目的是通过一条灵活的硅橡胶尾巴来弯曲,这条尾巴利用二氧化碳为其摆动和拍打提供动力。每一次气体释放都会给尾部的一半充气,使其弯曲。通过交替向右充气,机器人鱼就能游动。这是一种巧妙的运动方式,但并不是该机器真正的专长——它在每一次运动中都会消耗燃料,而且车载二氧化碳罐不足以支持长时间、远距离的游泳。这种机器人之所以有趣,是因为它的软体结构在紧急情况下能够做到的事情。
真正的生物鱼类能够执行所谓的“逃逸机动”,这是一种旨在摆脱追逐者的极快速转弯。麻省理工学院的机器人鱼也能做到这一点,它利用强劲的二氧化碳喷射,迅速将身体向一侧摆动,在大约100毫秒内转动高达100度。对于任何一种机器人来说,这都是一项高性能的动作,也进一步证明了柔软的重要性。
软体机器人的既有优势显而易见。iRobot和广岛大学的研究人员已经展示了能够“渗入”的机器,它们以一种令人不安的方式变形,穿过狭窄的开口,或者只需最少的传感和控制算法。换句话说,一个柔软的机器人可能比一个坚硬、棱角分明的机器人在环境中导航时遇到的障碍和绊倒更少。柔软性的另一个明显好处是安全性——一个柔软的机器人可能在碰到物体或人时不会造成伤害。
麻省理工学院的机器人鱼展示了一个不太明显的优势:柔软性可以提升性能。一个刚性系统可能能够完成类似鱼形机器人逃逸机动的动作,但这需要更多的机械复杂性,并且可能需要螺旋桨的辅助。通过在其整个长度上变形——不是在直角处弯曲,而是在整个柔软结构上变形——灵活的尾巴优化了其水下回转。它移动速度快,而且有力,而不依赖于快速、强大的马达。
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室主任Daniela Rus希望在夏季将这条鱼带到开阔水域进行测试,最好是在珊瑚礁环境中,那里机器人的灵活性将是一种优势。“我们想看看在这种复杂环境中,我们能获得什么样的新信息,”Rus说。这条鱼可能允许观察真正的鱼群,而不打扰或惊吓它们。此外,类似的系统还有其他更明显的商业应用。“如果你谈论管道检查,就有可能进入管道内部,以及在管道外部,”鱼形机器人论文的第一作者、麻省理工学院研究生Andrew Marchese说。“有了鱼类般的运动能力,你就不受传统螺旋桨的限制。所以你可以在石油或其他粘稠介质中游动。”
但无论其在石油或水中的最终作用是什么,鱼尾在陆地上可能具有更大的潜力。Marchese和麻省理工学院团队的其他成员一直在开发一种软体机器人手臂,其连接的节段非常像这些灵活的尾巴,并且也能通过充气和放气来弯曲。和鱼形机器人一样,这种触手比标准的、由马达驱动的机器人更容易制造,只需将橡胶倒入3D打印的模具中。“我们不必花费时间安装螺钉和螺栓,以及精密加工,”Marchese说。“一旦你的设计稳定下来,并且有了模具,你就可以铸造这些机器人。”
关于充气触手的全部细节要等到五月份论文发布时才能知晓。尽管最初的设备相对简单,只能在两个维度上弯曲,但这种方法可能对于创造与人类协同工作的软体机器人至关重要,它们无需牺牲性能就可以不用马达。Marchese提到Rethink Robotics公司的人形劳动机器人Baxter,以及它在人类靠近时冻结的能力,他说:“Baxter有使其安全的软件机制。而我们的安全设计是内在的。”
气体填充的高性能触手还带来了一种可能性。附着在一个同样轻巧柔软的机器人上,这些附属物可以被用来移动整个系统,以及操纵物体。“你可以制造一只章鱼,”Rus说。