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團(tuán)隊(duì)研制出的代表性螺旋機(jī)器人。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任教授Nikolaos Freris課題組與特任副研究員魏熹合作,基于對(duì)自然界中多種生物柔性肢體形態(tài)、運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)觀察和數(shù)學(xué)模型抽象,首次研制出基于對(duì)數(shù)螺旋線結(jié)構(gòu)的新型螺旋軟體機(jī)器人,并展示了其在多維度和多場(chǎng)景中執(zhí)行復(fù)雜抓取和操作任務(wù)的能力。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《設(shè)備》。
軟體機(jī)器人因安全性和靈活性而備受矚目,是機(jī)器人領(lǐng)域的前沿研究課題。然而,現(xiàn)有的軟體機(jī)器人在靈巧性、運(yùn)動(dòng)速度、協(xié)作交互等關(guān)鍵性能方面,仍然與自然界生物的柔性肢體存在較大差距。
通過對(duì)多種生物的柔性肢體,如象鼻、章魚觸手、海馬和變色龍尾巴等的形態(tài)學(xué)共性進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象和建模,研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一類具有普適性和可擴(kuò)展性的軟體機(jī)器人——螺旋機(jī)器人,并系統(tǒng)研究了其設(shè)計(jì)理論、制備方法和操作策略,在多尺度、多材質(zhì)、多維度和協(xié)作交互等拓展應(yīng)用場(chǎng)景中展示了這類機(jī)器人在動(dòng)作靈巧度、精細(xì)度及速度等方面可比擬生物體的優(yōu)異性能。
具體而言,研究團(tuán)隊(duì)提出了一種逆向設(shè)計(jì)方法,研制出螺旋機(jī)器人:首先確定機(jī)器人的極限卷曲形態(tài),即遵循對(duì)數(shù)螺旋線方程,然后將螺旋線進(jìn)行離散,展開得到機(jī)器人的直線形主體設(shè)計(jì)。該機(jī)器人采用3D打印加工成型,成本低、制備速度快,可實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化和快速迭代。
此外,研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步提出了一種仿生抓取策略,基于簡(jiǎn)單的電流感知和控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置、不同物體的自動(dòng)抓取,擺脫了傳統(tǒng)方法中對(duì)于高精度傳感器和復(fù)雜建模與控制方法的依賴。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)展示了大量拓展設(shè)計(jì)以及多機(jī)器人協(xié)作陣列。
研究人員介紹,該研究提出的新型螺旋機(jī)器人技術(shù)有望進(jìn)一步推進(jìn)軟體機(jī)器人的發(fā)展和成熟,為復(fù)雜抓取任務(wù)、人機(jī)交互、低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景提供強(qiáng)大的技術(shù)支持和創(chuàng)新解決方案。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100646
(原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2024-12-26?第1版?要聞)
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