柔软性将使机器人和人类并肩工作

iRobot 的 AIRarm,在此安装在 PackBot 底座上,使用充气气囊和电缆轻轻抓取物体。 Scott M. Lacey 摄

当今的工业机器人拥有超乎寻常的力量、精度和速度,可以不知疲倦地进行喷漆、焊接和运输大型物体。但它们必须为每个特定任务进行编程(而且如果它们不小心打到你的脸,可能会致命)。因此,尽管它们在工厂和仓库取得了巨大成功,但在我们的家庭和日常生活中,机器人仍然缺席得显而易见。

为了使人类和机器人更加兼容,研究人员已经开始开发采用柔软、可变形部件而非硬质部件的机器。这些“软绵绵”机器人前景广阔,体现在两方面:它们可以更安全地与其他“软绵绵”的物体——比如我们——一起运行。更重要的是,它们的延展性使它们足够通用,可以与各种物体(信用卡、狗粮、咖啡杯)互动,而成本不会变得极其昂贵。塔夫茨大学的 Barry Trimmer 是该领域第一本专门期刊《软机器人学》(Soft Robotics) 的主编,该期刊于 11 月创刊。“你在工厂里需要精度,但在现实世界中,缺乏精度实际上是有帮助的,”他说,“软材料可以让你自动适应你的环境。”

哈佛大学 F. Ilievski

一些最简单的任务对机器人来说仍然很困难。“抓取仍然是机器人学中的一大挑战,”卡内基梅隆大学的软机器研究员 Carmel Majidi 说。要产生完美的形状和压力来挤压易碎物品而不压碎它,通常需要大量的智能和感官反馈。但软机器人可以根据物体形状进行塑形,并在更大的表面区域施加压力,从而消除了麻烦的高压点。生产吸尘机器人 Roomba 的马萨诸塞州公司 iRobot 已经制造了几个软机器人,它们将来有一天可能会拾起各种它们以前未曾接触过的物体。例如,先进充气机器人臂 (AIRarm) 由一个织物管组成,末端有一个柔软的双叉夹钳。内部有六个充气袋,像骨骼一样起作用,还有肌肉般的电缆驱动它们。为了抓取物体,AIRarm 会调整气囊的位置,使其夹钳围绕物体塑形。

在过去的几年里,类似海星的机器人抓取过鸡蛋和活老鼠。
为了演示,AIRarm 目前连接到 iRobot 的 PackBot 上,这是一种用于拆除炸弹的履带式机器。PackBot 的标准金属臂重 21 磅,装有电机和传感器。AIRarm 重半磅,因此耗电更少,而且由于其柔韧性和更少的活动部件,成本应该更低,可靠性更高。它可以举起三磅的物体,其力量重量比大约是标准臂的九倍。不使用时,AIRarm 可以放气并紧凑地存放在机器人的机体内,从而腾出空间用于其他有效载荷。到目前为止,该手臂已经搬运过瓶子和公文包。凭借 DARPA 新一轮的资助,AIRarm 团队正在设计模块化组件,这些组件可以拉链式连接以创建不同的手臂形状,并且可能会添加凯夫拉纤维表皮以提高耐用性。

虽然 AIRarm 是为在传统的硬体机器人平台上工作而设计的,但其他研究人员正在开发完全柔软的机器人。例如,哈佛大学 George M. Whitesides 的实验室已经创造了几个使用空气作为推进力的柔软硅胶机器人。在过去的几年里,类似海星的机器人抓取过鸡蛋和活老鼠;一种触手机器人拿过一朵花;一种四足步行器则爬行、潜行于障碍物下方,并在染料被泵入其体内微小通道时改变颜色。

Whitesides 等人认为,软体机器人最早的一些应用将在辅助医疗和康复领域。“我们谈论的是需要机器人与人类接触的情况,但要进行柔软的接触,”Whitesides 说。软体机器人可以成为外科医生的一双额外的手,小心地托住器官。坚固而又不会造成伤害的外骨骼可以帮助残疾人在家中活动。在地形不可预测且多变的搜救行动中,柔韧的机器也能发挥作用。在许多应用中,让机器人更好地工作的途径就是让它们更像我们。“如果我们希望机器人更多地融入我们的日常生活,”Trimmer 说,“那么它们需要更加有机。”

 

更多优惠、评测和购买指南

 

Adam Hadhazy

撰稿人

Adam Hadhazy 是一位居住在新泽西州的自由科学作家。他经常撰写天文学、物理学和生物学方面的文章,但他乐于深入探讨几乎所有主题。


© .