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形狀變化的機器人通過巧妙設(shè)計的身體和抓手來適應(yīng)環(huán)境

形狀變化的機器人通過巧妙設(shè)計的身體和抓手來適應(yīng)環(huán)境

機器人有各種方法來改變它們的形狀，從這個意義上說，你可以使用剛性部件和執(zhí)行器來設(shè)計一個可以從一種形狀變成另一種的機器人。不過，這樣的系統(tǒng)不可避免地高度復(fù)雜，通常需要大量的質(zhì)量和大量的能量來切換到你想要的形狀，然后保持這種形狀。

本周，我們看到幾篇論文強調(diào)了不同的形狀轉(zhuǎn)換機器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)依靠巧妙的折紙靈感設(shè)計在不同的配置之間快速轉(zhuǎn)換，用最少的硬件獲得最大的實用性。

通過可逆可塑性進(jìn)行形狀變形的機械超材料，它展示了一種復(fù)合材料，能夠從平板過渡到復(fù)雜的形狀，使用相變金屬骨架進(jìn)行可轉(zhuǎn)換的剛性。這種材料是由一種彈性材料制成的，其中的切割圖案（一種類似于折紙的技術(shù)，稱為kirigami，它使用切割而不是折疊）決定了彈性材料變形的形狀。夾在彈性體片材中的是一個由62℃熔化的金屬合金制成的骨架，以及一個靈活的加熱元件。將骨架加熱到其液化的程度，允許片材變形，然后當(dāng)骨架冷卻并凝固時再次凍結(jié)，這一過程可能需要幾分鐘。但是一旦完成，它就會很穩(wěn)定，直到你想再次改變它。

如果一下子施加一堆力，材料能夠更快地過渡，拉伸彈性體和金屬骨架，而不破壞它們，并使它們在力被移除后凍結(jié)在原地。加熱仍然使一切恢復(fù)正常（更慢一點），但通過在材料內(nèi)集成一個氣動驅(qū)動的膜，你可以引入加壓空氣，并讓它在幾分之一秒內(nèi)迅速 "彈 "成形狀。研究人員用一個載貨的小潛艇做到了這一點，該潛艇用一個貨鏟從平坦變成了彎曲。

該圖顯示了分層材料，通過一個循環(huán)（B）來驅(qū)動，以制作一個可變形的潛艇�？茖W(xué)機器人

由波士頓東北大學(xué)的研究人員（包括Sam Felton，他在折紙機器人方面的工作我們以前寫過）撰寫，題為 "Shake and Take: 一個折紙抓手的快速轉(zhuǎn)換"。它展示了一個抓手的設(shè)計，由于折紙手指在幾種不同的配置下是穩(wěn)定的，它可以從字面上搖身一變成為三種不同的抓取類型。

手指是欠驅(qū)動的，每個手指的底部都有一個單一的馬達(dá)來驅(qū)動折疊或展開運動。捏、包和中性（直）抓之間的轉(zhuǎn)換是有順序的，由仔細(xì)控制的抓手搖動驅(qū)動，使手指的一些折紙褶皺從 "山 "形褶皺扣到 "谷 "形褶皺，改變手指的運動方式。要做到這一點需要恰到好處的力量，以便正確的褶皺被轉(zhuǎn)換過來。特別是，在視頻的最后，兩個手指從纏繞模式轉(zhuǎn)為夾持模式的過渡需要以每秒約1米的峰值速度搖動一次，然后旋轉(zhuǎn)，再以每秒約0.3米的峰值速度搖動一次。

就像第一篇論文中的變形材料一樣，這個抓手最酷的地方在于它的靈活性和剛性的結(jié)合，使它在需要的時候可以有效地變形，而不影響它以可預(yù)測和可控制的方式與周圍世界進(jìn)行有力的互動。像這樣的方法似乎很可能最適合于相對特定的利基應(yīng)用，但在這些利基應(yīng)用中，變形機器人可能比我們認(rèn)為的傳統(tǒng)機器人技術(shù)更有效、更靈活。