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海膽?yīng)毺氐纳眢w和運(yùn)動(dòng)策略啟發(fā)了科學(xué)家，從而研發(fā)了這個(gè)機(jī)器人，UrnButt的身體有五個(gè)柔性管腳(綠色結(jié)構(gòu))和十個(gè)剛性可移動(dòng)刺。這些附件是由機(jī)器人體內(nèi)的軟執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的，以允許機(jī)器人在特定的方向自我拉動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。
在海洋已知的奇怪物質(zhì)的光譜中，海膽可能在中間。他們是一個(gè)有趣的組合剛性和靈活，殼覆蓋在硬可移動(dòng)脊柱以及軟管狀附屬物工作的組合，如腿和粘性腳。海膽的移動(dòng)策略同時(shí)利用了這兩種附屬物，雖然它們可能速度不快，但它們可以進(jìn)入各種可能有用的角落和縫隙，這似乎是一種在機(jī)器人中很有價(jià)值的能力。
本周在IROS 2019上，來(lái)自哈佛大學(xué)的機(jī)器人學(xué)家展示了一種仿生機(jī)器人UrchinBot，這種機(jī)器人“融合了海膽特有的解剖學(xué)特征”，由氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)，無(wú)需系繩即可操作。它可能是基于真實(shí)的動(dòng)物，但即使如此，海膽機(jī)器人是我們見過的怪異的機(jī)器人之一。
事實(shí)證明，成年海膽是一種復(fù)雜的生物，制作一個(gè)機(jī)器人版本的海膽需要很多。幼年海膽在一個(gè)簡(jiǎn)單得多的身體中包含了相同的基本特征，雖然它們的尺寸只有0.5毫米，但放大版(身體直徑230毫米)更為可行。
和人類一樣，海膽的寶寶也有兩個(gè)活動(dòng)性附屬物：活動(dòng)性脊骨和粘性管足。物理上的相似性是驚人的，但不僅僅是美學(xué)上的相似，因?yàn)檠芯咳藛T強(qiáng)調(diào)，“我們特別注意復(fù)制我們?cè)O(shè)計(jì)所依據(jù)的解剖特征的幾何和運(yùn)動(dòng)范圍。”
UrchinBot的刺(真正的動(dòng)物用來(lái)保護(hù)，移動(dòng)，并把自己塞進(jìn)縫隙)反映了你在幼年海膽身上看到的兩種不同的刺。沒人能確定為什么嬰兒的脊椎比成人更漂亮，但海膽機(jī)器人也復(fù)制了這個(gè)細(xì)節(jié)。
UrchinBot每根脊柱都通過一個(gè)球形關(guān)節(jié)與身體相連，關(guān)節(jié)周圍有一個(gè)由三個(gè)充氣圓頂組成的三角形，可以充氣將脊柱推向不同的方向。所有的圓頂在機(jī)器人內(nèi)部都是相互連接的，這意味著脊椎不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，而且只要脊椎移動(dòng)，你就會(huì)得到令人滿意的對(duì)稱旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它們逆著海膽機(jī)器人所倚靠的表面旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器人會(huì)慢慢地朝相反的方向自轉(zhuǎn)移動(dòng)。
管腳稍微復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)檎嬲暮Ｄ憰?huì)分泌粘性物質(zhì)，用來(lái)將自己粘在表面上，然后分泌一種酶，當(dāng)它們想移動(dòng)時(shí)，這種酶會(huì)溶解膠水。取而代之的是，海膽機(jī)器人UrchinBot使用可伸縮的腳趾磁鐵，只要機(jī)器人在鐵質(zhì)表面上移動(dòng)，磁鐵就可以工作。當(dāng)管腳充氣時(shí)，它們向外移動(dòng)并使向下傾斜，在足夠的壓力下，腳趾磁鐵彈出并粘附。然后，海膽機(jī)器人反轉(zhuǎn)其液壓系統(tǒng)，將管腳吸回來(lái)，將自己拉向附著點(diǎn)，并導(dǎo)致磁鐵再次彈出，一旦它到達(dá)那里。
海膽機(jī)器人身體的其余部分被泵、閥門和電子設(shè)備所占據(jù)，使得它可以在陸地和水下完全不受束縛地工作，這就是它的作用。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，UrchinBot海膽的脊椎表現(xiàn)出一種類似于真實(shí)海膽的運(yùn)動(dòng)范圍，這是整潔的。管腳可以達(dá)到6:1的延伸率，這與幼童海膽的10:1比例相當(dāng)接近，但比成年海膽小得多，成年海膽可以將管腳延伸到50:1的比例。海膽機(jī)器人的速度不如海膽，超過原本的仿生體這是大多數(shù)仿生機(jī)器人所期望的。UrchinBot高速度為6毫米/秒，即每秒0.027體長(zhǎng)，比幼年海膽的速度要慢得多(幼年海膽的速度可以達(dá)到每秒10體長(zhǎng)，但速度只有成年海膽的一半。
海膽機(jī)器人可能不是海底快的機(jī)器人，但研究人員說(shuō)，它可能對(duì)水下清潔和檢查應(yīng)用很有用，特別是在嚴(yán)重污染對(duì)更傳統(tǒng)的機(jī)器人構(gòu)成挑戰(zhàn)的情況下。海膽機(jī)器人升級(jí)的首要任務(wù)是為它裝上盡可能多的額外執(zhí)行器，目的是使刺單獨(dú)活動(dòng)，并給管腳額外的自由度。雖然海膽機(jī)器人可能找不到短期的應(yīng)用，但它可以作為一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，幫助研究人員識(shí)別物理特征和控制技術(shù)，從而產(chǎn)生新型更通用、更有效的水下機(jī)器人。
本周，來(lái)自哈佛懷斯研究所的Thibaut Paschal、Michael A.Bell、Jakob Sperry、Satchel Sieniewicz、Robert J.Wood和James C.Weaver在澳門舉行的IROS 2019上發(fā)表了一篇題為《一個(gè)未受約束的兩棲海膽啟發(fā)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造和特性描述》的文章。
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