全球首个全软体机器人问世:无需电力便可运动

分享到:

机器人不再硬邦邦:这款3D打印出来的机器人,全使用柔性材料,外形酷似章鱼,无需电力便可自主运动,材料成本还不到3美元。

当地时间8月24日,通过《自然》杂志的一篇学术文章,来自哈佛大学威斯生物工程研究所的全软体机器人“Octobot(章鱼机器人)”,向世人宣告了它的诞生。该文的通讯作者是哈佛大学的工程师Robert Wood和Jennifer Lewis,在他们的描述中,Octobot是一只仅手掌大、各个构件都不使用硬性材料的自动机器人。

Robert Wood表示,“和一般的电子回路相比,我们在回路中传递的不是电子,而是液体和气体。”由硅橡胶制成的Octobot不靠电来驱动,而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩,借助压强变化,实现机械臂的运动。

一直以来,灾险救援、极端环境探测都是人类研发机器人的重要应用场景,但传统机器人的刚性材料经不起撞击,反而在未知的复杂环境中“拖后腿”。如果把机器人的材料替换成柔性的,就可以让机器人更好地适应外部环境。

早在2011年的时候,该文的第一作者、哈佛大学助理研究员Michael Wehner就已经带领着他的团队探索全柔性机器人。当时他们想的是用常规的泵阀系统来驱动机器人,并且需要电缆连接机器人,这意味着这只是一个半柔性机器人。当时横亘在科学家面前的难题是,如何将电池和回路用柔性材料代替。

5年后,Octobot才成为世界上首个全软体机器人。Wehner团队从章鱼身上找到灵感,不仅机器人的躯干和致动器是柔性材料,连控制系统和电源也使用柔性材料,无需再受外置电缆的牵制。

赋予这只全软体机器人“自由”的是化学反应。

据《自然》杂志特约作者Helen Shen介绍,Octobot的“大脑”部分是柔性微流体回路,可以用由压强激活的阀门和开关,在通道内传导液体燃料。这种液体燃料是50%浓度的过氧化氢溶液,它会在铂的催化下快速生成大量的水和氧气,生成物的体积比原本的反应物大,从而改变通道内的压强。章鱼机器人的机械臂受到突然增大的压强影响,会膨胀舒展,从而实现机械臂的运动。排气孔同时保证氧气最终会通过排气孔排出。

4d86eabdf828da99b25a8f1f0fba8837

50%质量比的过氧化氢在铂金属粉末的催化下迅速释放氧气。来源:DeepTech深科技。

但如何保证章鱼机器人能保持一段时间而不是一次性的自主运动?研究团队的设计是把机器人的八只机械臂分为两批(四只机械臂为一批),机械臂中设置了阀门和开关。启动Octobot需要实验者的协助,将过氧化氢分别注入到两个储液槽中,这两个储液槽分别对应一批机械臂。注入后,储液槽会像气球一样会慢慢膨胀,并利用压强差将过氧化氢通过微流体回路。这时,由于压强的变化,有些机械臂的控制点会打开,剩余的会关闭,以此确保同一时间只有一半机械臂流通燃料。随着燃料的消耗,所流通的机械臂内部压强会下降,使得燃料转而流向另半部分原本关闭通道的机械臂。如此往复,通过精巧的阀门开关设计,利用不断变化的压强差,燃料进行来回流通,Octobot能保持机械臂在一段时间内的自主运动。

80ef4c010acbd56edd7db5841299bf68

通过Octobot的工作机制可以看到,它内部的通道扮演着重要的角色,是它的“大脑”和机械臂进行“通信”的渠道。这些通道都由3D打印而成,打印过程也很有趣。研究者们在章鱼形状的模具中倒入了有机硅聚合物,又在聚合物中注入一种特殊的墨水,这种墨水可以在聚合物中保持形状和位置。加热后,墨水会蒸发,留下了Octobot内部的通道网络。制造Octobot的材料成本也很低,只需不到3美元,每份燃料大约仅5美分,这让大规模应用免去对高成本的顾虑。

但目前而言,Octobot还没有达到它的最佳状态,需要继续改善。一次添加的燃料(1毫升)只能维持章鱼机器人大约4-8分钟的“生命”。就自主运动而言,也比较单一,还无法实现自主转向。

该项目的领导者之一Robert Wood也表示,Octobot目前还没有专门为一项操作任务进行设计,只是作为一种技术的展示。后续,微流体回路会升级得更为精密复杂,从而确保Octobot能更持久地运动,再搭配恰当的肢体动作,实现更复杂的操作。

除此之外,为了更好适用于复杂的应用场景,Octobot可能还需要将微流体回路和柔性传感器结合,让全软体机器人更智能。

 

更多恩智浦(NXP)及科技资讯请关注:
NXP中文官方:https://www.nxp.com/zh-Hans/
NXP中文技术论坛:https://www.nxpic.org.cn/

 

继续阅读
京东与菜鸟齐步走 物流机器人规模化脚步加快

JDL京东物流首席执行官王振辉在2020全球智能物流峰会上宣布,公司正与江苏省常熟市合作,建设全球首个“无人配送城”,目前城市级无人配送项目在常熟正式落地运营。落地常熟只是第一步,京东物流未来5年将投入10万台机器人。以京东物流、菜鸟网络为代表,机器人在物流领域的规模化应用正在提速。据悉,今年“双11”将迎来物流机器人应用方面的最新变革。

波士顿动力 机器人自我回正方法

2019年9月,波士顿动力发布了关于机器狗 Spot 的视频,视频中展示了机器狗在各种地形中的出色避障表现,并且不仅可以避开障碍物,而且还可以在极端的环境中保持平衡。

华为机器人凝视追踪技术,让机器更像人

在现代社会的家庭中,越来越多的父母不能时刻陪伴孩子,而此时可以使用智能机器人进行陪伴以及教育孩子。这种智能机器人可以与孩子进行交流,并且可以基于不同的对话内容学习、更新与孩子的交流方式,可以说非常的人性化。

日本造出新型货架摆放机器人 可用VR远程控制

商店里机器人的身影越来越常见,它们帮助顾客搬运购物物品,跟踪库存,绘制布局图。而日本公司Telexistence已开始在便利店试验一种可以由人类通过VR控制的货架摆放机器人。

韩国科学家用机器人体外操控了小鼠脑神经 不到1分钟实现通信连接

这是一个受磁场驱动的微型机器人,动图中它正朝着目标蹦跶。恒定磁场下,它还能给大家表演一个转圈圈。可能有些人会觉得,磁驱动微型机器人已经并不罕见了,甚至有点儿平平无奇。但是,上面这款机器人可不普通,它带有神经元,能通过体外方式在神经簇之间形成并操纵神经网络。因此,为大脑功能和相关疾病的研究实现了新突破。