中美科学家软体机器人研究获突破

令人讨厌的蟑螂已经成为研究人员的灵感来源。由清华大学、加州大学伯克利分校和北京航空航天大学的研究人员组成的研究小组最近发布消息称,他们通过模仿蟑螂开发的一种新型软机器人,在速度和抗压能力方面取得了突破。这项研究成果最近发表在《科学》杂志下属的机器人学杂志《科学机器人学》上。

由于由金属和塑料等刚性材料制成的机器人结构脆弱,容易受到挤压,研究人员已将注意力转向柔性材料。然而,由柔性材料制成的机器人移动缓慢。如何同时具有快速灵活的运动能力和较强的抗挤压能力一直是软机器人领域的难题。

蟑螂行动迅速、抗挤压能力强,激发了研究人员的灵感。《通讯》的作者、清华大学深圳国际研究生院副教授张敏告诉记者,他们将一块柔性压电材料与一个聚合物骨架相结合,设计了一个蟑螂一样的机器人昆虫,然后给它配备了一条具有特殊机械结构的“腿”。结构设计根据其运动步态进行调整,最终在速度和抗压方面实现突破。

实验表明,长1厘米、重约20毫克的“蟑螂”能以每秒20个身长的最大速度移动,并有爬山的能力。被100克的重量挤压后,它的运动能力保持不变,即使被60公斤左右的成年人踩踏后,它仍有一定的运动能力。

“本研究的关键创新在于其结构设计和驱动原理,特别是‘腿’的设计,使‘蟑螂’能够快速移动,为软机器人开辟了一个新的设计思路。”张敏说。

这种软机器人有望广泛应用于救灾、管道检测、环境监测、临床医学等领域,但张敏坦言,大多数软机器人的性能离实际应用还有相当长的路要走。接下来,将继续优化软式机器人的结构设计,重点解决软式机器人驱动力、承载能力和避障能力不足的问题,增加跳跃和爬墙功能。

“事实上,一些研究人员不再满足于做一个软机器人,而是考虑在刚性结构中加入柔性材料来制造软硬结合的机器人。”张敏说。

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