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机器蟑螂身手好灵活靠翅膀鲤鱼打挺

发布时间:2019-08-18 23:16:36

  机器蟑螂身手好灵活,靠“翅膀”鲤鱼打挺

  过去几年中,我们一直在关注著名的机器蟑螂的研发。对于这款机器人,外界褒贬不一(主要因为有人不喜欢蟑螂)。不过,随着机器蟑螂研发的逐渐深入,加大伯克利分校的这一研究项目推动了全世界的机器蟑螂热。

  Chen Li 教授是伯克利分校 Poly-PEDAL 和仿生系统实验室的研发人员,在这里,他通过自己的巧手让这些长得像蟑螂一样的小家伙拥有了翻山越岭的能力。眼下,Chen Li 在约翰霍普金斯大学也拥有了自己的实验室,该实验室主研与生物学、机器人学与物理学有关的运动科学。

  在今年的 IROS 大会上,Chen Li 展示了自己最新的重磅研究论文《Cockroach-inspired winged robot reveals principles of ground-based dynamic self-righting》,让我们见识到了此类多足机器人的新功能,如基于地面环境动态复原或像昆虫一样借助翅膀翻身。

  以下为(公众号:)编译的论文简介:

  动物与机器人都会面临一个严峻的挑战——在复杂的地形上移动时,很容易翻过来。像蟑螂一样的小昆虫能够快速地借助自己的翅膀顺利翻身,而与其形态相似的小型多足机器人的外壳是其跨越障碍的重要法宝。我们在研究中为机器人设计了一对“翅膀”——也就是一个可以打开的外壳,以保证机器人能够利用身体优势(圆圆的造型)模拟蟑螂转身的样子。研究表明,机器人能够实现自我适应,即使在电池电量低、翅膀无法对称打开的情况下,机器蟑螂也有较大机会完成翻身的动作。

  赶紧看看视频,感受一样机器“小强”的魅力吧:

  为了了解机器蟑螂到底是怎么学会这一绝技的,IEEE 通过邮件联系了 Chen Li 教授,下面是采访实录:

  IEEE Spectrum:为什么说这种解决方案是最佳选择呢?

  Chen Li:通过翅膀来避障的解决方案较为简单,我们只需对现有机器蟑螂的外壳稍加修改就能实现。未来,借助这一机制我们还能通过翅膀的开合实现机器蟑螂的变形,这样就能为机器蟑螂添加更多移动技巧。现在,我在约翰霍普金斯大学的实验室已经开始对机器蟑螂进行多功能升级了。

  此外,翅膀的展开是动态的,这样机器蟑螂就能利用动能来翻越障碍。这种解决方案的成功率和速度都比现有的复原机制高上不少,机器蟑螂不用再等待外壳形变、重心转移、被动旋转或机身重组来避障了。

  通过系统的实验,我们也掌握了翅膀复原系统的具体性能表现

  。翅膀打开的大小、速度、同步性和翅膀的形状都会对机器蟑螂的动作有所影响。通过对这些数据的研究,我们就能设计出最合适的翅膀形状并对其开合进行精确控制,以实现想要的效果。而市场上其他复原系统,都无法达到这样的水平。

  IEEE Spectrum:您认为我们什么时候才能让机器蟑螂拥有设想中的各种能力呢?

  Chen Li:我想我们还得再花不少时间,眼下业界对全地形多功能机器人的研发才刚刚开始,它们在动态控制上难度挺大。而在地形复杂点的陆地上行动挑战更大,因为我们没有类似空气动力学和流体力学的先进地形适应模型。该研究领域此前是一片空白,我的实验室正在努力改变这一情况。

  除了这些需要探究的理论问题,我们在工程方面也要解决许多问题,如小型多足机器人的功率限制和材质问题等。

  IEEE Spectrum:下一步您准备怎么走?

  Chen Li:除了理论研究,我的实验室现在正在开发新的翅膀和外壳,以便机器蟑螂能拥有多种运动能力。此外,我们还打造了体型更大的自复原机器人,其目的是为了进一步研究动态复原过程中出现的各种物理现象。

  精确来讲,我的实验室正在开发新的实验工具和理论模型,为的就是更好地理解机器人和昆虫在现实世界中的地形适应反馈机制。随后,这些研究成果就能用来设计和控制全地形机器人。我们将这一新的研究领域称之为“地形动力学”(terradynamics),未来其成果还将促进空中和水中机器人的不断进化。

  viaIEEE Spectrum

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