0
雷鋒網(wǎng)「新智造」按：長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)器人界一直希望造出通體由軟性材料構(gòu)成的機(jī)器人，但開發(fā)出柔性的供能和控制元件一直是難點(diǎn)，例如現(xiàn)在很多研究人員紛紛都在開發(fā)柔性電池和電路板。去年8月份，哈佛大學(xué)用“氣動(dòng)”取代“電動(dòng)”，制造出了世界上第一個(gè)完全軟體的且自我驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，而現(xiàn)在浙江大學(xué)開發(fā)出由柔軟的撲翼推動(dòng)的軟體機(jī)器人。新智造作為雷鋒網(wǎng)旗下欄目，關(guān)注智能時(shí)代的創(chuàng)新與創(chuàng)造，目標(biāo)是找到這個(gè)行業(yè)還存在哪些機(jī)會(huì)。
為了讓機(jī)器人表現(xiàn)的越來(lái)越好，機(jī)器人專家們正在為其打造靈活的身體。事實(shí)上，軟體機(jī)器人有很多優(yōu)勢(shì)：一方面，軟體機(jī)器人能夠在現(xiàn)有合規(guī)條件下更安全的工作，防止造成不必要的傷害；另一方面，機(jī)器人也能夠做出更多獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式。但對(duì)于軟體機(jī)器人來(lái)說(shuō)，最大的問題是在供電或移動(dòng)時(shí)，必須做出一些妥協(xié)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)備組件并不夠“軟”，比如電池和執(zhí)行器。
但是在過去的一周左右時(shí)間，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)發(fā)明除了兩種有效提升軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的新方法，一種是利用外部磁場(chǎng)，另一種則是利用電場(chǎng)為撲翼提供能量支持。
浙江大學(xué)發(fā)明了軟體機(jī)器人能夠由柔軟的撲翼推動(dòng)，這些撲翼是有彈性電介質(zhì)制成的，當(dāng)它們被施加電壓時(shí)，就會(huì)彎曲。介電彈性體的響應(yīng)非常快，而且運(yùn)動(dòng)幅度也相對(duì)較大，不過它們需要非常高的電壓（大約 10 千伏特）才能有效運(yùn)轉(zhuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，介電彈性體會(huì)被覆蓋在絕緣層中，但是這種機(jī)器人可以在水下工作，所以研究人員能夠?qū)⑺薪^緣層都浸沒在水下，依靠水作為電極和電廠。
當(dāng)然，這個(gè)軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)還有其他幾個(gè)原因值得注意。首先，它幾乎是完全透明的，身體、翅翼、尾巴和彈性體肌肉都是完全透視。所以，當(dāng)你添加不受限制操作時(shí)所需要的電子元件和電池時(shí)，運(yùn)動(dòng)效果可能會(huì)不太盡如人意，但事實(shí)上，這個(gè)軟體機(jī)器人體內(nèi)可以自身包含所有可支持其運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，包括一個(gè) 450-mAh、3.7 伏的電池，能夠確保它以每秒 1.1 里面的速度在水中游動(dòng) 3 小時(shí) 15 分鐘。不僅如此，這個(gè)軟體機(jī)器人身上甚至還可以搭載一個(gè)微型攝像頭，其最高運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到每秒 6.4 厘米，而且能夠在高于冰點(diǎn)低于 75 攝氏度的水中毫無(wú)壓力地暢游。
這個(gè)機(jī)器人的整體功率消耗，大致和一條虹鱒魚相當(dāng)，因?yàn)橐粭l長(zhǎng)約 25 厘米的虹鱒魚如果以每秒 10 厘米的速度游動(dòng)，需要消耗 0.03 瓦特的能量。當(dāng)然，真正的虹鱒魚游動(dòng)的速度更快，但對(duì)于機(jī)器人而言，相對(duì)生物學(xué)效率顯然要高得多。現(xiàn)階段，研究人員還不知道這種機(jī)器人能夠有哪些具體的實(shí)際應(yīng)用，所以目前它應(yīng)該還是一種原理性的概念技術(shù)，或許在下一代機(jī)器人身上能夠看到更多實(shí)際應(yīng)用。
浙江大學(xué)的T. Li, G. Li, Y. Liang, T. Cheng, J. Dai, X. Yang, B. Liu, Z. Zeng, Z. Huang, Y. Luo, T. Xie, and W. Yang 在 Science Advances 網(wǎng)站上發(fā)表了文章——“快速移動(dòng)的軟體電子魚”。
與此同時(shí)，在北卡羅來(lái)納州，研究人員也一直在研究更基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)挖掘軟體機(jī)器人的潛力——他們已經(jīng)設(shè)法將聚合物膜轉(zhuǎn)化成能夠通過磁場(chǎng)遠(yuǎn)程致動(dòng)的肌肉。此外，研究人員還將鐵微粒引入到液體聚合混合物中，然后向磁珠施加磁場(chǎng)，讓這些微粒排成一條水平鏈。當(dāng)這些液體聚合物變干，并且切成條狀時(shí)，整個(gè)水平鏈依然能夠持續(xù)存在，此時(shí)如果給他們?cè)偈┘右粋€(gè)磁場(chǎng)，水平鏈即會(huì)與之對(duì)準(zhǔn)，牽引聚合物跟隨它們。
通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，可以調(diào)整聚合物的結(jié)構(gòu)，研究人員也因此可以創(chuàng)造出一套能夠?qū)嶋H應(yīng)用的軟體執(zhí)行器，比如能夠提起比自身重量重五十倍的懸臂，一種能夠伸長(zhǎng)或收縮的折疊式結(jié)構(gòu)（像肌肉工作原理一樣），一個(gè)具有蠕動(dòng)泵功能的、運(yùn)動(dòng)壓縮波管。
這些執(zhí)行器看上去似乎價(jià)格都比較便宜，而且易于構(gòu)造，但同時(shí)他們也有一定的局限性，比如需要對(duì)外部力量做出響應(yīng)才能執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。但是，它們?cè)隗w內(nèi)微型機(jī)器人上能夠很好地運(yùn)作，或者能夠在不需要持續(xù)執(zhí)行操作的、可部署的機(jī)器人身上得到較好應(yīng)用。
VIA ieee 雷鋒網(wǎng)編譯
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。
