乌龟机器人 ART 在水陆两栖表现都很出色

两全其美。
ART turtle robot on the grass
这个小机器人可以在陆地和水下进行探险。图片由 Rebecca Kramer-Bottiglio 实验室提供。

作为一个社会,我们似乎对让人想起动物的机器人欲罢不能。我们想和 动画海豚 一起游泳,让 它们像宠物一样更具社交性,甚至利用机器人技术为 数百万年来没有腿的动物 装上腿。更不用说,我们从 章鱼吸盘鱼昆虫 等动物朋友身上学到了很多关于如何让机器人变得更好的知识。但是,耶鲁大学的科学家们转向了另一种深受喜爱的生物来掌握仿生两栖技术。 

在今天《自然》杂志上发表的一项新研究中,研究人员找到了一种方法来创造一个被称为“两栖仿生乌龟”(Amphibious Robotic Turtle,简称 ART)的半水生机器人。这个可爱的机器人看起来有点像一只长腿螃蟹,它拥有可以改变形状、硬度和行为的变形肢体,并使用热固性聚合物和内置加热器来预热和改变形状。这些肢体中的每一个都由一个带有三个电机的肩部关节驱动。它们可以变成用于行走的圆柱形短腿(就像陆地上的乌龟一样),然后变成用于游泳的船桨(就像海中的海龟一样)。 

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“陆地和水生乌龟拥有相似的身体,有四肢和外壳,但它们具有独特的肢体形状和步态,以适应它们特定的环境,”耶鲁大学机械工程教授、该研究的首席研究员 Rebecca Kramer-Bottiglio 在一份新闻稿中说。 “海龟有细长的鳍状肢用于游泳,而陆龟和乌龟则有圆形的腿用于在行走时承重。”

ART 在进行一次小小的游泳。图片由 Rebecca Kramer-Bottiglio 实验室提供

在鳍状肢和腿之间来回切换的行为被称为“自适应形态发生”。对于可能需要在陆地和海洋之间穿行的机器人,例如监测海岸线、进行海洋农业以及测量海浪和洋流,能够“按需进化”——正如《自然》杂志的首席物理科学编辑 Karl Ziemelis 在新闻稿中所说的那样——可能会派上用场。虽然这个机器人速度不快(毕竟它是一个乌龟机器人),但它的效率比麻省理工学院开发的双足机器人高出三倍,并且在性能上与洛桑联邦理工学院的 Cheetah Cub 和东京工业大学的 Titan V-III 等四足机器人表现相似,根据该研究。 

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理论上,ART 不必局限于模仿陆龟或海龟的形状。“尽管我们专注于在鳍状肢和腿这两种离散状态之间进行过渡,但中间形状甚至截然不同的形状肯定也是可能的,”耶鲁大学博士生、该研究的作者 Robert Baines 告诉《新科学家》杂志。对于这个小机器人来说,今天可能是陆地和水,未来将是无限的可能。 

 

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Sara Kiley Watson 是 Popular Science 的撰稿人,自 2021 年起负责可持续发展报道。她于 2017 年作为实习生开始在 PopSci 工作,并于 2019 年全职加入团队担任编辑助理。


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