工程师们已经发明了一种不需要任何电子设备就能工作的四足软体机器人。机器人只需要一个恒定的压缩空气源来完成包括控制和运动系统在内的所有功能。应用包括可以在电子设备不能工作的环境中工作的机器人,如核磁共振机器或矿井。软机器人特别有趣,因为它们很容易适应环境,并且在人类附近安全操作。

大多数软机器人由压缩空气提供动力,并由电子电路控制。但这种方法需要复杂的组件,如电路板、阀门和泵,通常在机器人的身体外面。这些组成机器人大脑和神经系统的部件通常体积庞大,价格昂贵。相比之下,新机器人由一个轻量、低成本的气动回路系统控制,该系统由机器人本身上的管道和软阀组成。这个机器人可以根据指令行走,也可以根据它从环境中感知到的信号做出反应。

这个机器人的计算能力大致模仿了哺乳动物的反射,而这种反射是由脊椎而不是大脑的神经反应驱动的。该团队的灵感来自于动物体内被称为中枢模式发生器的神经回路,这种回路由非常简单的元素组成,可以产生有节奏的模式来控制行走和跑步等运动。为了模拟发电机的功能,研究小组建立了一个由阀门组成的系统,这些阀门充当振荡器,控制压缩空气进入机器人四肢的空气动力肌肉的顺序。研究人员制作了一个组件,通过延迟向机器人腿部注入空气来协调机器人的步态。机器人的步态灵感来自侧颈龟。

机器人还配备了简单的机械传感器 - 小软气泡填充有流体放置在从机器人的身体突出的靴子末端。当压下气泡时,流体在机器人中翻转阀门,使其成为反向的机器人。机器人配备有三个阀,该阀用作逆变器,其导致高压状态围绕空气电路扩散,每个逆变器处的延迟。

每个机器人的四条腿都有三个自由度,由三个肌肉提供动力。腿以45度向下成角度,并且由三个平行的连接的气动圆柱形腔室与波纹管组成。当腔室被加压时,肢体沿相反方向弯曲。结果,每个肢体的三个腔室提供行走所需的多轴弯曲。研究人员将腔室与对角线彼此对角线相对,简化控制问题。

一个软阀将四肢的旋转方向切换为逆时针和顺时针。这个阀门的作用就像一个锁存的双杆双掷开关——一个开关有两个输入和四个输出,所以每个输入都有两个相应的输出连接。这种机制有点像在大脑中获取两条神经并交换它们的连接。

研究人员希望改善机器人的步态,使其能够在自然地形和凹凸不平的表面行走,使其能够在各种障碍中导航。这将需要更复杂的传感器网络和更复杂的气动系统。该团队还将研究如何利用这项技术来制造部分由气动回路控制的机器人,以完成某些功能,如行走,而传统的电子回路则可以完成更高的功能。

有关更多信息,请联系Ioana Patringenaru此电子邮件地址正在受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript来查看它。;858-822-0899。


运动设计杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年6月号运动设计杂志。

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