斯坦福大学研发新型软体机器人：像大白一样柔软安全 又如变形金刚般多变

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软体机器人技术的进步可能有一天会让机器人与人类一起工作，帮助人们举起重物或将其带离危险。作为迈向未来的一步，斯坦福大学的研究人员开发出了一种新型的软机器人，它借鉴了传统机器人的特点，既安全又拥有保持移动和改变形状的能力。

“大多数软机器人的一个重大限制是，它们必须连接到一个庞大的空气压缩机上，或者插在墙上，这阻止了它们的移动。” 斯坦福大学机械工程学研究生内森·乌塞维奇(Nathan Usevitch)说，“所以，我们想知道：如果我们一直在机器人体内充满空气会发生什么？”

从这个出发点出发，研究人员最终设计出了一个可以改变形状的尺寸比人还大的软机器人，它可以抓取和操纵物体，并向可控制的方向滚动。这一论文发表在3月18日出版的《科学机器人》杂志上。

“如果用一句话来描述的这个机器人，那就是《超能陆战队》中的大白和《变形金刚》的结合。换句话说，一个柔软的、对人类安全友好的机器人，同时具备显著改变其形状的能力。”乌塞维奇说。

许多机器人的组合

这个软乎乎的机器人最简单的版本是一个充气管，通过三个小机器把它捏成一个三角形。一台机器把管子的两端连在一起；另外两个机器人沿着管道行驶，通过移动机器人的角来改变机器人的整体形状。研究人员称它为“等周机器人”，因为尽管形状变化很大，但边缘的总长度——以及内部的空气量——保持不变。

“等周机器人”是软机器人、桁架机器人和群体机器人三种类型机器人的结合体。软体机器人重量轻、顺应性好，桁架机器人有可以改变形状的几何形状，群体机器人是一起工作的小型机器人，这使它们在面对单部件故障时特别强大。 

“我们基本上是在用传统的发动机操纵一个软结构。”机械工程助理教授、该论文的联合高级作者肖恩·福尔默(Sean Follmer)说。“这是一个非常有趣的机器人类别，它结合了软机器人的许多优点，以及我们对更经典的机器人的所有知识。”

为了制造一个更复杂的机器人，研究人员简单地将几个三角形连接在一起。通过协调不同电机的运动，它们可以使机器人做出不同的行为，比如通过三面吞噬捡起一个球，或者改变机器人的质心使它滚动。

加州大学圣巴巴拉分校机械工程助理教授、该论文的联合高级作者艾略特·霍克斯(Elliot Hawkes)说，“我们得出的一个关键结论是，要用一个大型、柔软的气动机器人来创造运动，你实际上不需要把空气抽进抽出。”“你可以利用现有的空气，通过这些简单的发动机来移动空气；这种方法更有效，让我们的机器人移动得更快。”

从外太空到你的客厅

软机器人领域相对年轻，这意味着人们仍在寻找这些新发明的最佳应用。它们安全而坚固的柔软性可能会使它们在家庭和工作场所大展拳脚，而传统的机器人可能会在这些地方造成伤害。软乎乎的机器人也很适合作为灾难应对工具。

“等周机器人”的其他令人兴奋的可能性可能在行星外。“这种机器人在太空探索中可能真的很有用——尤其是因为它可以被装在一个小包裹里运输，然后在充气后不受束缚地运行。”斯坦福大学机械工程研究生扎卡里·哈蒙德(Zachary Hammond)说，他是这篇论文的联合第一作者。“在另一个星球上，它可以利用其变形能力穿越复杂的环境，挤过狭小的空间，跨越障碍。” 

目前，研究人员正在试验不同形状的柔韧机器人，并考虑将其放入水中，看看它是否会游泳。他们还在探索更多新型的软体机器人，每一种都有自己的特点和优点。

“这项研究突显了思考如何以新方式设计和制造机器人的力量。”机械工程教授、论文合著者艾莉森·奥卡姆拉(Allison Okamura)说。“机器人设计的创造性在这种类型的系统中得到了扩展，这是我们在机器人领域真正想要鼓励的事情。”

原文来源：https://techxplore.com/news/2020-03-stanford-shape-changing-free-roaming-soft-robot.html