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仿生蛇形机器人:模块化设计“放飞自我”

导读: 近日,卡内基梅隆大学(CMU)机器人实验室发布一款可模块化组装的蛇形机器人,研究人员的脑洞大开,为机器人“蛇”长出了不少“腿”。

蛇形机器人一直是卡内基梅隆大学(CMU)机器人实验室最引人注目的项目之一,早在十年前,CMU的仿生机器人实验室就开始了该项目的工作,并在两年后研发出了第一台可自主移动的蛇形机器人。这款机器人依据仿生学原理设计,体型瘦而长,头部装有相机,适合在狭小空间作业,如进入人类无法到达的区域进行搜索和救援。

仿生蛇形机器人:模块化设计“放飞自我”

尽管机器人的商业转型非常成功,但CMU的研究人员更关注它在科研上的作用,他们认为,蛇形机器人会是机器人研究领域的一个突破口,它的研究方向也为蛇形机器人应用场景带来了更多可能性。

模块化组合让机器人更“灵活”

在过去十年中,大大小小的机器人社区风靡美国,机器人爱好者们仿照乐高机器人的搭建方法,在蛇形机器人中引入模块化组合方式,甚至设计出了即插即用的机器人执行器。

在最新版本的CMU蛇形机器人中,研究人员采用了模块化概念,在各关节部位安装压力传感器,机器人能感知力度,缠绕住物体后可紧贴向上移动,省去了根据环境预编程移动路径的麻烦。

模块化设计的一大优点是可以任意增加、减少互换组件来改变机器人的长度,这扩大了机器人的适用范围,但显然研究人员的脑洞不止于此。如今在匹兹堡实验室中的机器人“蛇”长出了不少“腿”,这使它看起来更像一只金属昆虫或甲壳类动物。

仿生蛇形机器人:模块化设计“放飞自我”

研究人员称之为“蛇怪”。它沿用了原蛇形机器人的“头部”和“腿部”,只是改变了组合方式。较之蛇形机器人,“蛇怪”的身体构造为电源和其他内部组件提供了更多空间,这意味着机器人的每个关节都将变得更灵活,可以不受限制地走动。同时,“蛇怪”内置压力传感器,即使“长”了六条腿,它同样可以抱紧物体向上滚动。“蛇怪”没有配备视觉传感器,也不支持路线编程规划,它完全仿照动物与环境的交互方式,根据状态变化不断调整自己以适应环境。

蛇形机器人大有用处

此前,日本京都大学、金泽大学和冈山大学等的研究小组研发出一款蛇形机器人,可在复杂弯曲的管道中蜿蜒前行实施调查,还有望用于灾害时因危险导致人不能进入的建筑内部探查;据悉该机器人全长约2米,重约9公斤,搭载高性能传感器,以回声确定自身位置,操作中不会迷失方向。

同时可通过喷射空气来抬高配备摄像头的前端部分,以收集详细信息。此外从瓦砾上通过时,还能像蛇一样缠绕很细的管道外侧向上攀爬。

仿生蛇形机器人:模块化设计“放飞自我”

美国范德堡大学机械工程学院的教授们曾研发出一款用于帮助医生手术的蛇形机器人,在医生显微外科手术中医生失去触觉和感知压力的能力、视线也受阻时,这款灵活的蛇形机器人可以钻到身体里的某个部分,代替医生的手部操作。

作为外科医生的得力助手,这款蛇形机器人能够提高医生们的专业技能,并最终提高手术的质量。它们也可以在很小的空间内进行移动,然后完成各种复杂的手臂任务,比如缝针。

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