遇见可以在水下爬行的脆弱的星形机器人方力申

遇见可以在水下爬行的脆弱的星形机器人

卡内基梅隆大学的研究人员最近创建了PATRICK，这是一种不受束缚的软机器人，可以人工复制脆性恒星的结构和行为，该恒星是与海星密切相关的海洋无脊椎动物。这个独特的受生物启发的机器人发表在arXiv上的一篇论文中，它可以使用由形状记忆合金线驱动的五只腿在水下爬行。

进行这项研究的研究人员之一扎克·帕特森告诉TechXplore表示：“这项工作是对我们实验室先前的工作的自然延伸，该工作是使用肌肉线代替电动机来创建不受束缚的软机器人” “我们对PATRICK的灵感来自易碎的恒星，这是海星出奇的敏捷亲戚。”

帕特森和他的同事着手开发一种软机器人，该机器人可以完成水下的简单任务，但也可以增强当前对脆星及其水下爬行行为的了解。为了重现这颗脆性恒星最有效地在水下行走的能力，研究人员认为他们的机器人不应被束缚在外部硬件上，因为这将使其更自由地走动。

他们开发的机器人PATRICK有五个由SMA线圈驱动的肢体。SMA是一种具有许多有利特性的金属，包括室温下的高柔韧性和加热后的独特性能。实际上，当对其施加电流时，SMA金属会迅速升温并恢复为过去获得的形状。

帕特森说：“我们将这些可变形的线圈用作一种'肌肉'，从而使机器人的腿向所需的方向弯曲。机器人主要由硅树脂制成，具有很高的柔韧性和防水性。为了控制PATRICK的运动，我们开发了几种运动原语：特定的形状变化模式在使机器人整体运动的四肢之间协调一致。”

除了具有高度的灵活性外，Patterson及其同事还希望他们的机器人能够感知周围的环境，并选择自主移动的方向。为了实现这一目标，他们开发了一种框架，该框架允许机器人通过无线通信与水下设备进行通讯。这为PATRICK提供了额外的功能，这些功能不仅仅依赖于构成其主体的相对便宜的硬件组件，还使其能够自主感知其环境并执行计算。

图片来源：Patterson等。

由Patterson和他的同事开发的软机器人的另一个有趣的特性是，它的腿由数条可以以不同方式重新排列的SMA“肌肉”制成，因此可以在水下进行多种可能的动作。这对于移动软机器人来说很少见，因为移动软机器人通常只能执行一些简单的运动或移动样式。

“我们证明了该机器人可以实时达到预期目标，这是不受限制的软机器人中的第一个，” Patterson说。“此外，我们发现，即使周围环境和机器人本身的行为存在很大的不确定性，没有绑定到任何外部硬件的软机器人也可以自行达到移动目标。 ，由于温度，材料变形和摩擦等因素之间的复杂相互作用，我们永远无法确定机器人如何响应给定命令而运动。”

PATRICK能够在水下自主移动的能力是其灵活而复杂的结构的直接结果。尽管其复杂的设计也使其行为难以预测，但它最终使机器人能够通过变形和改变形状来自动应对其环境中的干扰，而无需昂贵且高性能的控制算法。

将来，由这组研究人员开发的具有脆弱之星启发的机器人可能会具有许多有用的应用程序。例如，它可以用于进行地质勘探并实现微创的生态或生物采样。此外，帕特森和他的同事们希望PATRICK也将有助于研究脆性恒星运动的机制。

“在接下来的研究中，我们将尝试更多的控制和计划算法，开发用于控制的机器学习方法，并在结构中实现传感器，以使机器人能够处理更多有用的任务，” Patterson说。“正如我们最初目标中提到的那样，我们还计划使用PATRICK来更好地理解脆性恒星的运动和一般的水下行走。”

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