哈佛大学简化软体机器人结构，实现单一驱动，朝无绳机器人迈进

导读

软体机器人被称作机器人的未来，然而对于软体机器人来说，输入空气的管道和控制其运动的电线很大程度上对其造成了束缚。近日，哈佛大学约翰A保尔森工程与应用科学学院（SEA）的研究人员开发了一种软体机器人，简化结构，以使其不受约束。

作者：溪岚

简化软体机器人的结构，这可能还只是很多研究软体机器人的实验室的努力方向，而如今，哈佛大学的这群研究人员已经做到了这种事：用单一输入代替了多个控制系统，使其重量减轻、部件减少、控制简化。

SEA的研究生Nikolaos Vasios表示，在进行这项研究之前，如果希望软体机器人实现某个特殊的功能，通常需要多条输入线，根据特定的预编程序列分别进行充气和放气。而这项研究利用了流体的粘度，这是衡量流体穿过物体的阻力的一种方法，能够大大简化机器人的驱动。

 

研究人员将机器人设计成一个拥有四个执行器的X形，每个执行器有八个由细小通道连接的气室，顶部留了七条接口，用于接通输送压缩空气的管道。

研究人员挑选了四条不同长度的管子，将四条管子分别接在机器人顶部的接口上，用管子的不同直径来控制气流通过机器人的速度，从而控制机器人的运动。不同的管子长度，不同的管子直径，甚至不同的接通方式均会对机器人的运动方式有所影响。

 

例如，将三根直径为0.79mm，长度相同的管子接在机器人上，再接通一根直径为0.38mm的长管输送气流，就能够让一端充满空气，弯曲起来。

这时另外三段上接通的管道，由于直径相对更粗并且长度相同，因此输送压缩空气的时间较短，三端几乎是同时鼓起同时落下。

 

如果将管子换成不同长度的又会发生什么呢？

 

接下来的实验中，研究人员为机器人装备了四条直径均为0.38mm，长度分别为78.6cm（输入空气）、10cm、43.7cm及122.4cm的管子，按顺序连接起来，最后接通压缩空气。

接着，机器人的四端就按照设定好的顺序，即右-上下-左的顺序依次弯曲，并向前爬行起来。

如果将管子接口的位置和次序调换一下，那么机器人充气的顺序也会发生变化，例如让下端先充气上端最后充气等。利用这一点，就可以让机器人实现不同的运动。

 

由于输入压缩空气的速度与量是不变的，调控管子就能够决定空气输送的位置和顺序，因此不再需要复杂的空气压缩计算和复杂的控制，极大地简化了软体机器人的驱动方式。

 

此外，每个执行机构的大小、厚度不尽相同，在输入等量空气时，弯曲的程度也不同，因此运动的距离等也会产生差别。

研究团队为其制作了一个框架，能够自动确定如何制作软体机器人，以及该如何选择、配置管道，如何利用这些配置实现行走或爬行等功能。

 

研究人员表示，他们的这项研究首次提出了一种基于流体粘性现象的制作简单驱动的软体机器人的策略，随着研究的深入，软体机器人的驱动会越来越简单，朝着不受束缚的软体机器人迈进，最终应用在太空探索，搜索和救援系统，仿生学，医学外科，康复等场景中。

 

该研究发表在Soft Robotics期刊上。

附上链接：

https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/soro.2018.0149

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