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仅手掌大微型机器人SQuad,可翻越身高2.44倍障碍

2020/5/17 12:43:38

土耳其比尔肯特大学的研究人员最近研发了一个名为SQuad的微型四足机器人,该机器人由柔软的结构材料制成,比现有的微型机器人更加灵活,因此更擅长攀爬或避开周围环境中的障碍物,可以攀越其身高2.44倍的障碍,也能绕开障碍物。未来,SQuad或能用于检查狭小空间、在废墟中搜救等。

土耳其毕尔肯大学奥努尔·奥兹坎(Onur Ozcan)先容:“大家研究微型机器人已有将近10年时间,微型机器人有许多优点,比如所需材料较少、成本低廉、能够进入狭窄空间等。”但是,现有微型机器人的缺点也比较突出。“他们的主要缺点之一是缺乏运动能力,特别是在不平坦地形上。”他微小的机器人在周围环境中移动时容易卡住,因为它们的高度不允许它们爬升或避开障碍物。
相比于微型机器人,软体机器人的运动性能更好。大多数软体机器人都是用气动实行器制造的。研究人员先容:“这些气动实行器可以和软材料实现非常好的集成效果,但是它们需要一个压缩气源,这往往会使机器人变得笨重、或不允许无绳运动。”研究团队试图将两种机器人的优点加以结合,制作出综合性能更好的机器人。
首先,奥兹坎及其同事选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等软材料来增加微型机器人的“身体顺应性(body compliance)”,使其运动能力变强。奥兹坎说:“通过使大家的微型机器人变得柔软,它们能够利用自己的身体顺应性越过障碍,就像昆虫、老鼠等生物系统那样。”

同时,微型机器人搭载常规实行器来实现小型化和无绳移动。经过尝试,研究人员制成了微型四足机器人SQuad。该机器人有手掌大小,装配了集成直流电动机的柔性C型腿,可以自由旋转。
研究人员通过一系列试验评估了SQuad的性能,并将其与一个刚性材料制成的机器人进行比较。结果显示,SQuad的运动性能更好。SQuad能够爬过比其身高还高1.44倍的障碍物,但刚性机器人只能爬过其身高0.88倍的障碍物。研究人员认为,这是因为两款机器人身体顺应性的差异。
在未来,SQuad可以在陆地上完成各种简单的任务。由于具备高度灵活性、身体顺应性和增强的穿越障碍能力,SQuad可以爬过狭小的开口及在非结构化或不平坦的地形上运动。
奥兹坎也对SQuad的应用表现出信心,他说:“大家认为,通过在机器人背上加一个小型摄像机,大家可以将这种机器人用于检查目的;通过集成一个摄像机和麦克风,就可以将其用于在倒塌的建筑物下寻找幸存者。”
此外,为了使SQuad能够应用于更多场景,研究人员还在继续更新设计,钻研能提升机器人步态和动作的技术及性能更好的新型聚合物。研究团队正在增加一个身体收缩机制,“(它能)使大家的机器人在通过比其横截面面积小的开口时,模拟老鼠行为短暂地收缩身体。大家还在研究机器人的动力学模型,以便更好地理解微型机器人、软体机器人的运动。”


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