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我科學家研制出新型微型軟體攀爬機器人

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-12-05  來源:光明日報  瀏覽次數(shù):318
核心提示:由軟材料組成的類肌肉軟驅(qū)動器可以為機器人提供極佳的靈活性、適應性和機械魯棒性,相應的微型軟體攀爬機器人也得到了研究者的廣泛關注。然而,如何實現(xiàn)微型軟體攀爬機器人在多種形貌表面上攀爬,甚至在兩種不同表面之間過渡,仍然存在巨大挑戰(zhàn)。
我科學家研制出新型微型軟體攀爬機器人

體長從6毫米到90毫米、質(zhì)量從0.2克到3克不等,能在不同形貌,如圓柱面內(nèi)外側、波浪面、楔形面、球面等表面攀爬,還能在兩個不同表面之間過渡——近日,清華大學航天航空學院張一慧教授課題組創(chuàng)新研制出一種可適應不同形貌墻面的微型軟體攀爬機器人。

具備攀爬能力的微型機器人由于其微小的身軀,可以代替人類進入復雜、非結構化環(huán)境中執(zhí)行特殊任務,在探測、生醫(yī)等方面有著巨大應用價值。由軟材料組成的類肌肉軟驅(qū)動器可以為機器人提供極佳的靈活性、適應性和機械魯棒性,相應的微型軟體攀爬機器人也得到了研究者的廣泛關注。然而,如何實現(xiàn)微型軟體攀爬機器人在多種形貌表面上攀爬,甚至在兩種不同表面之間過渡,仍然存在巨大挑戰(zhàn)。

在本研究中,課題組基于液晶彈性體的定制化驅(qū)動應變設計策略和屈曲組裝方法,開發(fā)了一系列具有可定制三維變形能力的小尺度電熱驅(qū)動器,其具有豐富的三維構型和多樣的驅(qū)動變形能力。與現(xiàn)有的電驅(qū)動三維驅(qū)動器相比,該類驅(qū)動器在毫米尺度(從1毫米到10毫米)可實現(xiàn)復雜的變形效果以及最大的彎曲變形角度。此外,該驅(qū)動器在溫度作用下還具有形狀可恢復以及剛度可調(diào)控的特性。

基于上述可定制三維驅(qū)動器制備,課題組設計了一款包含可重構靜電吸附腳掌、可變形身軀和智能關節(jié)三部分的微型軟體攀爬機器人。通過對機器人變形性能以及腳掌吸附性能的表征與分析,可實現(xiàn)機器人在圓柱面內(nèi)外側、波浪面、楔形面和球面等不同形貌表面的攀爬。

受浮游生物水螅多種運動步態(tài)的啟發(fā),研究人員通過對可變剛度“智能關節(jié)”的控制,實現(xiàn)了機器人在步進、“翻筋斗”前進和翻轉(zhuǎn)過渡三種運動步態(tài)之間的按需切換。最終,機器人可以在不同材質(zhì)、不同粗糙度、不同形貌墻面攀爬,并在兩種不同墻面之間過渡。

張一慧介紹,“解鎖”了這一新技能后,該微型軟體攀爬機器人可進入一些狹窄、復雜的環(huán)境中,代替人類執(zhí)行探測等作業(yè)任務。例如在飛機發(fā)動機、煉油機等復雜系統(tǒng)中,該機器人可以經(jīng)歷各類管道、齒輪等曲面結構,到達指定位置進行故障檢測等任務。

相關研究成果于近日在《美國科學院院報》以《一種基于可變形三維驅(qū)動器的可在復雜表面攀爬和過渡的微型軟體機器人》為題發(fā)表。(記者鄧暉)
 
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