哈佛大學(xué)的一個(gè)由具有3D打印，機(jī)械工程和微流體方面專業(yè)技術(shù)的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)展示了第一個(gè)自主的，無(wú)纜的，完全柔軟的機(jī)器人。這個(gè)綽號(hào)為“octobot”的3D打印的小機(jī)器人可以為新一代完全柔軟的自治機(jī)器人鋪平道路。
軟機(jī)器人可以徹底改變?nèi)祟惻c機(jī)器互動(dòng)的方式。但研究人員一直在努力建立完全兼容的機(jī)器人。電源和控制系統(tǒng)——如電池和電路板——是剛性的，直到現(xiàn)在，軟體機(jī)器人或者是通過(guò)電纜連接到一個(gè)板外系統(tǒng)，要不就是裝有硬的部件。
哈佛大學(xué)約翰 A.保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的Charles River工程與應(yīng)用科學(xué)名譽(yù)教授Robert Wood，和Hansjorg Wyss仿生工程名譽(yù)教授Jennifer A. Lewis領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。Lewis和Wood也是哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究院的核心成員。
“軟機(jī)器人領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)愿景是制作完全柔軟的機(jī)器人，但長(zhǎng)久以來(lái)的努力一直是在用類似的軟系統(tǒng)來(lái)替換電池和電子控制等剛性組件，然后把它組裝在一起，”Wood說(shuō)。“而這項(xiàng)研究表明，我們可以很容易地制造簡(jiǎn)單的，完全柔軟的機(jī)器人的關(guān)鍵部件，這為更復(fù)雜的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。”
這一研究成果發(fā)表在了《自然》雜志上。
“通過(guò)我們的混合動(dòng)力方法，我們能夠以一種快速的方式來(lái)3D打印軟機(jī)器人身體所需的每一個(gè)功能部件，包括燃料儲(chǔ)存，動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)，”Lewis說(shuō)。“octobot是一個(gè)旨在展示我們?cè)谇度胧阶灾鞴δ苣K上的綜合設(shè)計(jì)和增材制造戰(zhàn)略的簡(jiǎn)單實(shí)施案例。”
章魚(yú)長(zhǎng)久以來(lái)一直是軟體機(jī)器人的靈感來(lái)源。這些奇怪的生物可以不需要內(nèi)部骨架而表現(xiàn)出難以置信的力量和敏捷專長(zhǎng)。
哈佛大學(xué)的octobot是以氣動(dòng)為基礎(chǔ)的，即，它是由氣體壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)的。在該機(jī)器人中的一個(gè)反應(yīng)將少量的液體燃料（過(guò)氧化氫）轉(zhuǎn)化為大量的氣體，這些氣體流入octobot的手臂，并使它們像氣球一樣膨脹。
“軟體機(jī)器人的燃料來(lái)源一直依賴于某種類型的剛性部件，”Michael Wehner說(shuō)，他是Wood實(shí)驗(yàn)室的一名博士后和這篇文章的共同第一作者。“過(guò)氧化氫的奇妙之處在于，該化學(xué)品與催化劑——在這里是鉑——之間的一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)就使我們能夠取代剛性電源。”
為了控制這個(gè)反應(yīng)，該團(tuán)隊(duì)采用了一種基于合著者化學(xué)家George Whitesides的開(kāi)創(chuàng)性研究成果的微流控邏輯回路，George Whitesides是Woodford L.和Ann A. Flowers大學(xué)教授以及Wyss研究所的核心成員。該回路，軟性模擬了一個(gè)簡(jiǎn)單電子振蕩器，控制著octobot中的過(guò)氧化氫什么時(shí)候分解成氣體。
“整個(gè)系統(tǒng)制作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，通過(guò)將三種制備方法結(jié)合起來(lái)——軟光刻技術(shù)，模壓和3D打印——我們可以快速制造這些器件，”Ryan Truby說(shuō)，他是Lewis實(shí)驗(yàn)室的一名研究生以及該文章的共同第一作者。
裝配過(guò)程的簡(jiǎn)單性為更復(fù)雜的設(shè)計(jì)鋪平了道路。接下來(lái)，這個(gè)哈佛大學(xué)的團(tuán)隊(duì)希望設(shè)計(jì)一個(gè)可以爬行、游泳和與環(huán)境互動(dòng)的octobot。
“這項(xiàng)研究只是一個(gè)概念證明，”Truby說(shuō)。“我們希望我們創(chuàng)作自主軟體機(jī)器人的方式能夠激發(fā)機(jī)器人學(xué)家，材料科學(xué)家和研究人員專注于先進(jìn)制造業(yè)，”
該論文另外的合著者包括Wyss研究所的Daniel Fitzgerald和康奈爾大學(xué)的Bobak Mosadegh。該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)通過(guò)哈佛大學(xué)材料科學(xué)與工程研究中心和Wyss研究所資助。
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