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焦點(diǎn)熱訊:“美人魚”機(jī)器人登上Nature封面：入水瞬間四肢變腳蹼，耶魯出品

2022-10-13 16:29:43 來源：量子位

有沒有想過像個美人魚一樣，跳入水中你的腿瞬間變成腳蹼？現(xiàn)在，耶魯大學(xué)的研究人員就真真創(chuàng)造了這樣一個機(jī)器人，并登上了Nature封面“Turtle eclipsed” （烏龜黯然失色）。

(資料圖片)

“美人魚”機(jī)器人登上Nature封面：入水瞬間四肢變腳蹼，耶魯出品

白交發(fā)自凹非寺

嗯，從外觀上可以看出來，科學(xué)家們的靈感來自于水龜和陸龜，現(xiàn)在將他們合二為一——

地面上機(jī)器人四肢像陸龜一樣正常行走，下水后其腿就會變成鰭狀肢，順滑的游行~

Nature首席物理科學(xué)編輯將這種形態(tài)變化形容為： 按需進(jìn)化。

有一說一，有點(diǎn)羨慕。

如何做到的？

以往主流機(jī)器人的設(shè)計(jì)策略，傾向于不可改變的結(jié)構(gòu)和行為，導(dǎo)致系統(tǒng)無法適應(yīng)不同的環(huán)境。

因此，為了實(shí)現(xiàn)特定的多環(huán)境運(yùn)動，能夠穿越陸地、水生和中間的過渡區(qū)，研究人員給出的設(shè)計(jì)策略是 自適應(yīng)性形態(tài)變化。

簡言之，就是機(jī)器人的形態(tài)和行為都是通過統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

這也是本次機(jī)器人與其他兩棲機(jī)器人最大不同的地方，其他機(jī)器人往往會添加多個推進(jìn)機(jī)制，在每個環(huán)境中使用不同的推進(jìn)機(jī)制，從而導(dǎo)致能源效率低下。

具體實(shí)現(xiàn)上，它融合了傳統(tǒng)的剛性部件和軟性材料，從根本上增強(qiáng)了其四肢的形狀，并為多環(huán)境下的運(yùn)動改變其步態(tài)。整個身體包括四個子系統(tǒng)：底盤、外殼、肩關(guān)節(jié)和變形肢體。

其中底盤就不必說了，負(fù)責(zé)容納電子器件。外殼提供保護(hù)作用的同時，還可用于浮力調(diào)整。

而真正完成一系列步態(tài)變化的功臣要屬肩關(guān)節(jié)和變形肢體。肩關(guān)節(jié)運(yùn)動機(jī)制有三個自動度，變性肢體則有兩部分組成，頂部的氣動執(zhí)行器以及底部可隨溫度改變的剛度材料。

當(dāng)嵌入的加熱器加熱使其材料軟化并給肢體充氣，此時肢體的橫截面積和硬度都會發(fā)生變化。這樣一來，它的四肢既可以有適應(yīng)陸地行走的圓柱形形狀，又有利于游泳的平鰭形狀。

還跟動物做了比較

隨后科學(xué)家們分別在水下和陸地（以瓷片、混凝土和花崗巖為代表的環(huán)境）實(shí)施了最為穩(wěn)固運(yùn)行的兩種步態(tài)。

除此之外，還為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一條從陸生到水生的過渡路線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，還沒有在淺水區(qū)完全淹沒，它就已經(jīng)在游泳了。

科學(xué)家還與其他陸生水生動物和機(jī)器人做了比較，針對單個環(huán)境，ART的表現(xiàn)跟最先進(jìn)的單模態(tài)——水生或陸生的機(jī)器人相近，甚至某些情況還超過了后者，以及還超過了一些動物。（狗頭）

科學(xué)家們表示，這個機(jī)器人潛在的應(yīng)用有很多，比如沿海岸線的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、潛水員支持和海洋養(yǎng)殖。

而在學(xué)研的領(lǐng)域，機(jī)器人還可以幫助研究人員研究復(fù)雜沖浪區(qū)以及其他環(huán)境過渡區(qū)的運(yùn)動物理學(xué)。

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