撰文|小魔

隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的高速發(fā)展，越來(lái)越多的智能科技公司也開(kāi)發(fā)出了千奇百怪的移動(dòng)機(jī)器人。

(相關(guān)資料圖)

波士頓動(dòng)力SpotMini

AgilityRobotics雙足機(jī)器人

特斯拉Bot人形機(jī)器人

比如波士頓動(dòng)力的SpotMini，AgilityRobotics的雙足機(jī)器人，特斯拉的Bot人形機(jī)器人等等。當(dāng)然，這些移動(dòng)機(jī)器人的工作內(nèi)容也涵蓋了從生態(tài)監(jiān)測(cè)、倉(cāng)庫(kù)管理、軍事與極端環(huán)境探索、家庭服務(wù)等各個(gè)方面。

由于機(jī)器人從事的工作種類(lèi)越來(lái)越繁多，人們對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的要求也不再是單純的能跑能跳，或是攜帶更多的負(fù)重，而是需要它們具備在多種環(huán)境中進(jìn)行穿梭的能力，但這卻是當(dāng)下大部分移動(dòng)機(jī)器人都沒(méi)能通過(guò)設(shè)計(jì)攻克的一個(gè)難題。

不過(guò)，最近來(lái)自耶魯大學(xué)的研究人員可能找到了一種讓機(jī)器人在不同環(huán)境下進(jìn)行順暢移動(dòng)的創(chuàng)新解決方案。他們研發(fā)了一種可以在水中和陸地上移動(dòng)的機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人被命名為ART（含義為兩棲機(jī)器龜）。

與我們常見(jiàn)的水陸兩棲移動(dòng)工具不同，ART能夠在水陸兩種環(huán)境中行動(dòng)，靠的可不是兩套完全不同的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，而是可以在腿與腳蹼之間變形的四肢，這種能力被研究人員稱為“自適應(yīng)形態(tài)建成”。

從ART機(jī)器人的外形很明顯就可以看出它的靈感來(lái)自于陸龜和海龜，這是一種化石記錄超過(guò)1.1億年的物種。

該項(xiàng)目的首席研究員RebeccaKramer-Bottiglio表示：“陸龜和海龜有著相似的身體，都有四肢和一個(gè)殼，但為了適應(yīng)特定的生存環(huán)境，它們有獨(dú)特的四肢形狀和步態(tài)。海龜為了在水中游泳和劃水，四肢長(zhǎng)有像魚(yú)鰭一樣扁平而細(xì)長(zhǎng)的腳蹼；陸龜為了在地面行走并支撐起龜殼的重量，四條腿生的粗壯而結(jié)實(shí)，腳上還有圓圓的腳趾。”

ART則結(jié)合兩者的特點(diǎn)，用特殊材料制造成可以改變形態(tài)的四肢，這樣機(jī)器人就可以根據(jù)所處環(huán)境的不同，調(diào)整自己的腿部形狀、軟硬度與動(dòng)作。

在腿部狀態(tài)下，這個(gè)機(jī)器人可以像陸龜一樣用四條腿在路面進(jìn)行步行移動(dòng)；當(dāng)?shù)竭_(dá)水中時(shí)，它的腿又會(huì)變成腳蹼，這樣它又可以依靠水的升力和阻力在水中進(jìn)行劃水移動(dòng)。

那么ART機(jī)器人具體又是通過(guò)怎樣的技術(shù)實(shí)現(xiàn)腿部變形與移動(dòng)的呢？

根據(jù)研究人員的介紹，該機(jī)器人的四肢使用了一種復(fù)合型聚合物材料，這種材料的特點(diǎn)是在高溫狀態(tài)下會(huì)變得柔軟可塑，而在低溫狀態(tài)下則會(huì)變得很堅(jiān)硬。

為了讓ART的四肢更容易產(chǎn)生變形，研究人員在它的腿內(nèi)安置了四個(gè)銅制加熱器來(lái)加熱與軟化腿部材料。

加熱后機(jī)器人腿部柔軟的“肌肉”組織就會(huì)因此發(fā)生膨脹或收縮，將扁平的鰭狀四肢轉(zhuǎn)變?yōu)榇謮训膱A柱形腿，反之亦然。完成變形后，在新腿部形狀下這些聚合物會(huì)在一到兩分鐘內(nèi)進(jìn)行冷卻和硬化，方便其進(jìn)行移動(dòng)。

機(jī)器人的移動(dòng)動(dòng)作則通過(guò)與柔軟四肢相連接的傳統(tǒng)球形關(guān)節(jié)來(lái)完成，該關(guān)節(jié)類(lèi)似于動(dòng)物的肩關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)中都包含有三個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，使其可以在陸地上進(jìn)行“爬行”或“匍匐”，也可以在水中進(jìn)行“劃動(dòng)”或“拍打”等等動(dòng)作。

與這些關(guān)節(jié)相連的則是一個(gè)模塊化的底盤(pán)，外面還附有一層密封的PVC管以保護(hù)機(jī)器人的電子元件不會(huì)因?yàn)榻l(fā)生短路。

最后整個(gè)機(jī)器人的外部搭載了一個(gè)用3D打印制成的塑料“外殼”，它除了為ART賦予了一個(gè)流線型的外觀，還為其提供了一個(gè)可以容納空氣或壓艙物（船中保持平衡用）的空間，這樣機(jī)器人在進(jìn)入水中時(shí)可以更好的調(diào)整自身浮力。

ART并非市面上唯一的水陸兩棲機(jī)器人，但它與這些機(jī)器人的最大區(qū)別在于其引入了一種全新的自適應(yīng)技術(shù)，這種技術(shù)最終有可能會(huì)讓機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)世界中的許多不同表面和環(huán)境中具備跋涉能力，而不必?cái)y帶可能會(huì)降低它們移動(dòng)效率的額外推進(jìn)系統(tǒng)。

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的“小獵豹”

東京工業(yè)大學(xué)的泰坦V-III

據(jù)研究人員介紹，ART兩棲機(jī)器人的整體效率是麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的兩足機(jī)器人的三倍，它的效率與洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的“小獵豹”和東京工業(yè)大學(xué)的泰坦V-III等四足機(jī)器人相似。

正是因此，自適應(yīng)技術(shù)其實(shí)能為移動(dòng)機(jī)器人的兩棲創(chuàng)新啟發(fā)許多新思路，今天它可以適應(yīng)陸地和海洋，那么未來(lái)它就有無(wú)限的可能性。

不過(guò)ART機(jī)器人目前還不具備真正推向市場(chǎng)的成熟技術(shù)，因?yàn)樵蜋C(jī)仍然需要外接線路來(lái)獲得動(dòng)力電源和通信數(shù)據(jù)，并且它當(dāng)下的動(dòng)作非常緩慢笨拙，但研究人員也表示他們已經(jīng)在著手研發(fā)能夠解決這些問(wèn)題的升級(jí)技術(shù)。也許過(guò)不了幾年，我們就能看到使用獨(dú)立電源，移動(dòng)速度更快的成品機(jī)器人了。

不難想象，一旦使用這種技術(shù)的兩棲機(jī)器人能夠成功推廣到市場(chǎng)，會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

單說(shuō)ART機(jī)器人，它可以幫助環(huán)保研究員監(jiān)測(cè)海岸線的生態(tài)系統(tǒng)，給潛水員提供水下支持，當(dāng)作海洋養(yǎng)殖戶的養(yǎng)殖工具，作為動(dòng)物遷徙研究的新型追蹤機(jī)器。

當(dāng)然我們也非常期待未來(lái)ART和搭載其技術(shù)的兩棲機(jī)器人能夠在生物監(jiān)測(cè)、災(zāi)害響應(yīng)、生產(chǎn)、安全等領(lǐng)域，產(chǎn)生積極的推動(dòng)影響。【iDailycar】