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麻省理工研究人员开发了一种新概念，可让软机器人向刚性机器人转变！

大学仕 2021-03-05 09:41

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也许你刚变出了一台表面坚硬的金属机器。虽然装备硬外骨骼的机器人很常见，但它们并不总是理想的。身体柔软的机器人，受到鱼或其他柔软的生物的启发，可能会更好地适应不断变化的环境，更安全地与人一起工作。机器人专家通常需要决定是为特定的任务设计硬体机器人还是软身体机器人。但这种权衡可能不再必要了。麻省理工学院的研究人员开发了一种软身机器人的概念，这种机器人可以按需转换为刚性机器人。该方法可以将刚性机器人的强度和精度与柔性机器人的流动性和安全性结合起来，成为新一代的机器人。

该论文的主要作者、麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的博士后詹姆斯·伯尔尼(James Bern)说：“这是我们试图从这两个世界中获得最佳效果的第一步。”伯尔尼将在下个月IEEE国际软机器人会议上介绍这项研究。伯尔尼的顾问，丹妮拉卢斯，谁是CSAIL主任和安德鲁和埃尔纳维特比教授的电气工程和计算机科学，是论文的另一作者。机器人专家已经试验了无数的操作机制。软机器人，包括在机器人手臂上充气气球状的腔室，或用真空密封的咖啡渣抓取物体。然而，对于软机器人来说，一个尚未解决的关键挑战是控制--如何驱动机器人的执行器以实现给定的目标。

直到最近，大多数软机器人都是手动控制的，但在2017年，伯尔尼和他的同事们提出，一种算法可以占据主导地位。通过一个模拟来帮助控制一个由电缆驱动的软机器人，他们为机器人选择了一个目标位置，并让一台计算机计算出每根电缆要拉多少才能到达那里。每次我们伸手时，我们的身体都会发生类似的情况：我们的手的目标位置被转化为手臂肌肉的收缩。现在，伯尔尼和他的同事们正在使用类似的技术来提出一个超出机器人运动范围的问题：“如果我用正确的方式拉电缆，我能让机器人表现得僵硬吗？”伯尔尼说，他可以--至少在计算机模拟中--得益于人类手臂的灵感。而单是二头肌的收缩可以使你的肘部弯曲到一定程度，同时收缩二头肌和三头肌可以使你的手臂僵硬地锁定在那个位置。简单地说，“你可以通过拉东西的两边来获得刚度，”伯尔尼说。所以，他把同样的原理应用于他的机器人。

研究人员的论文提出了一种同时控制缆索驱动软机器人位置和刚度的方法。这种方法利用了机器人的多根电缆--使用一些电缆来扭转和转动身体，同时利用另一些电缆来平衡彼此，以调整机器人的刚度。伯尔尼强调，这一进步不是机械工程的革命，而是控制电缆驱动的软机器人的一个新的转折。他说：“这是一种直观的方法，可以扩展你如何控制一个软机器人。”“它只是把(按需应变)的想法编码成电脑可以使用的东西。”伯尔尼希望有一天，他的路线图将允许用户控制机器人的刚性，就像机器人的运动一样容易。

在计算机上，伯尔尼用他的路线图来模拟各种形状的机器人的运动和刚度调整。他测试了当机器人加劲时，当被推时能抵抗位移的能力。一般来说，机器人仍然是刚性的，尽管它们不是从各个角度都是一样的。伯尔尼正在建造一个原型机器人来测试他的刚性按需控制系统。但他希望有一天能把这项技术带出实验室。“与人类互动绝对是软机器人的愿景，”他说。伯尔尼指出了在照顾人类病人方面的潜在应用。机器人它的柔软度可以提高安全性，而它变得僵硬的能力可以在必要时进行提升。伯尔尼说：“核心信息是让机器人的刚度更容易控制。让我们开始制造安全但也能按需行动的软机器人，并扩大机器人所能执行的任务范围。”

来源：贤集网

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