机器人骨架是否可以如昆虫那般灵活、健壮呢?这一问题长久以来一直困扰着众多研究者。
在过去的探索中,机器人制作的工艺要么过于复杂、耗时过长,要么材料与设备成本高昂,始终难以找到一个合适的方法。
最近在《Soft robotics》杂志上,一项引人注目的研究被详细介绍。这项研究的核心技术被称为“柔性骨架”(flexoskeleton),并由加州大学圣地亚哥分校的研究团队完成。
该技术不仅专家可以轻松使用,新手也能迅速上手,其制作工艺极为简单,且材料和设备成本十分低廉,非常适合大规模生产和推广。这正是研究团队所期待的成果。
该团队中的机械工程教授Nick Gravish表示,他们的目标是让软机器人更易于被全球的研究者建造。
那么,这项研究的机器人究竟有何特别之处呢?我们接下来一探究竟。
此次研究的最大亮点无疑是“柔性骨架”技术。与传统的将软性材料添加到刚性机器人主体的思路不同,这次研究是从软性主体入手,在关键部位加入刚性特征。
这种结构的灵感来源于昆虫的外骨骼结构。我们知道,昆虫的外骨骼不仅具有结构支持、身体保护的功能,还赋予了它们灵活性以及感知、抓取和黏附外部表面的能力。
受此启发,研究者们开发出了一种兼具刚柔特性的机器人组件。而这种组件的打印技术,采用的是标准的熔敷沉积建模(FDM)方法3D打印技术。
在标准的消费级FDM打印机中,使用ABS或PLA等塑料长丝进行打印。为了增强粘附力,还会在打印过程中加入一层聚碳酸酯(PC)薄层。通过精确控制打印过程中的温度和Z向偏移量等参数,可以实现高质量的打印效果。
打印完成后,需要进行后期的手工修剪和调整。虽然这需要一定的手工技巧,但也是研究者们对精细工艺的追求的体现。而未来,柔性骨骼工艺可能会实现使用乙烯基刀具或激光刀具的PC膜的自动预切割,进一步提高生产效率。
在了解了骨架的打印和制作后,接下来就是机器人的组装了。该机器人以flexoskeleton打印的四肢和底盘为基础,通过四个微伺服驱动进行组装。每个肢体与微型伺服系统连接,实现了对机器人动作的精确控制。
该机器人还拥有一个假肢设计,可以快速地更换任何机器人假肢以适应不同的地形和环境。研究团队的最终目标是创建一个能够自动打印整个柔性骨架机器人的装配线,以实现机器人的大规模生产。
这些小型机器人可以单独完成各种复杂的任务,甚至可以协同工作完成更大的任务。正如iRobot联合创始人罗德尼·布鲁克斯在1989年提出的太空任务设想一样,这些大量批量生产的简单自动机器人将成为未来各种领域的重要力量。
对于Nick Gravish来说,这项研究是朝着实现这一愿景迈出的一步。而对于整个机器人技术领域来说,这更是一个重要的里程碑。
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