无电子元件,软体机器人怎样行走?

论文介绍,这款机器人的每条腿都有 3 个自由度,需要一个恒定的压缩空气源来支撑控制系统和驱动系统。

具体来讲,研究人员成功地将压力源(可以是一根绳子,也可以是一个内置的二氧化碳插装盒)通过一个完全由软性材料制成的振荡三通阀回路引导到四条腿上,而每条腿上都有三个不同的气室。

那么,振荡三通阀回路的原理如何呢?

据了解,回路本身由三个双稳态气动阀门组成,阀门通过管道相连接,通过管道对气体的流动提供阻力(可通过改变管道长度和内径来调节)。

在一项实验中,研究人员发现:

  • 使用 3 个气动记忆元件(阀门)即可控制基本步态;

  • 通过 2 个振荡器电路(7 个阀门),即可将运动速度提高 270%。

研究人员设计了一个气动记忆元件,模拟一个双极双掷开关(double-pole double-throw switch,DPDT switch,双刀双掷开关是具有 2 个输入和 4 个输出的开关,每个输入都有 2 个对应的输出)。

此外,他们还演示了一个允许机器人在步态之间进行全方位运动和响应传感器输入的控制电路。

值得一提的是,NASA 喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)正在开发的一款金星探测器虽然并非软体机器人,但由于不能依赖于传统的电子系统来进行自主导航或控制,因而也是以类似的方式运行。IEEE Spectrum 报道称:

事实证明,要想使机器人完成相对复杂的自主行为,可以有很多聪明的方法。

软体机器人如何发展?

一般而言,所谓的软体机器人都不是我们想象中那样的通体由软性材料构成,这是因为开发出柔性的供能、控制元件(例如柔性电池和电路板)一直是一大难点。

而上述机器人最酷的地方就在于另辟蹊径实现了步态控制。

研究团队表示:

这项研究是迈向完全自主无电子元件机器人应用的一步,不论是低成本娱乐机器人的发展,还是在极端环境下机器人的应用,这款研究都起到了推动作用。

其实这一突破并非首次实现——早在 2016 年,哈佛大学维斯生物工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)也曾设计了一款软体机器人,号称「世界第一个完全软体的且自我驱动的机器人」。

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