资讯中心

　　【仪表网 仪表下游】导读：来自新加坡科技设计大学的研究人员将两种不同的方法结合起来，创建了一个综合工作流程，以开发用于设计和制造定制软体机器人的新型自动化流程。该团队开发的方法可以应用于其他类型的软体机器人，实现了以一种简单易行的方式定制机械性能。
 

　　软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作，一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料；区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，从响应的物理量暂时分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人，大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物，如蚯蚓、章鱼、水母等。
 

　　软体机器人是研究的一个主要领域，因为软体机器人特别擅长在有人类的环境中工作，而且更加灵活。软体机器人的灵感来自于生物体的灵活形态，在传感、运动、物体抓取和操纵等方面有广泛的应用。通常情况下，软体机器人是使用手工铸造技术制造的，这限制了研究人员可以实现的复杂性和几何形状。对于新的机器人，该团队使用3D打印或增材制造，在一个支持性矩阵中挤出各种材料油墨。
 

　　该工艺特别适合于制造由多种材料或复合材料制成的软体机器人。该团队使用拓扑优化来确保他们的软体机器人的较佳设计，使用数学模型在一组特定的约束条件下设计定制的结构。将这两个步骤优化成一个单一的框架，使作者能够开发出一个集成的工作流程，用于创建定制的软体机器人，同时最大限度地减少潜在的错误。
 

　　在他们的研究中，该团队创建出了一个会游泳的自主机器人，其灵感来自于双足动物，工作流程从定义机器人的鳍的几何形状开始，然后利用拓扑优化在规定的材料和运动约束下生成具有所需属性的设计结构。设计被转化为由定制的3D打印机读取的代码，用于制造机器人。
 

　　这些软体机器人被设计为在海洋环境中生存，该方法的重点是调整鳍的组成，以评估这些变化如何影响机器人的游泳性能。研究人员在优化后发现，优化后的复合鳍比采用传统铸造的软鳍的同类产品快50%。它也比采用硬鳍的机器人略快。
 

　　应用热点领域
 

　　软体机器人在生产生活中具有极其广泛的应用。根据其使用场景可分为以下3种主要运用领域。
 

　　人机交互康复机器人。相比于传统刚性机器人，软体机器人柔软的机体使其可以更高效、安全地与人类和自然界进行交互。如同人体灵活的躯干与肌肉，软体机器人柔软的机体、弯曲的形态和不规则的表面令其在不同环境中能够更为灵活的运动。因此，将软体机器人与可穿戴设备结合用以帮助特殊人群完成生理活动。哈佛大学的软体机器人手套利用软体致动器组成的模压弹性腔与纤维增强，诱导特定的弯曲，能够使肌肉或者神经受损的患者独立把握物体。研究者们对这些软致动器进行机械编程，以匹配和支持使用者个别手指的精确运动。与此相似的还有拇指柔性康复手套。除小型的穿戴设备外，还出现了步态协助软机器人exosuit这样覆盖全身的大型可穿戴设备。它可以像正常的衣服一样佩戴，最大限度减少与穿着者的相互干涉，对穿戴者起到辅助作用。目前，中国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。中国正逐步进入老龄化社会，加之社会经济的稳步发展，大众对于服务机器人的需求日益增长，在人机交互和康复领域有着广泛运用，更应受到更加广泛的关注。因此，大力发展软体机器人应用技术，提高研发水平，早日实现其在人机交互及康复领域的运用和普及，满足社会发展及市场的需求。
 

　　勘探、野外运动。在地震、洪水等自然灾害发生时，抑或遇到悬崖、岩洞、海底等复杂未知环境，用机器人代替人类工作就显得十分必要。传统的刚体或超冗余度机器人对复杂环境的适应能力不足以承担日趋精密的勘探任务，而软体机器人则可以利用自身柔软、弯曲程度高、自由度大等优势很好地适应不同的复杂环境，承担起勘探、救援等工作。一种柔软可变形机器人可以通过爬行、跳跃等方式在崎岖的地形中轻松自如地移动。此外，利用内燃爆炸驱动的方式，机器人可以不受限制地跳跃通过各种障碍。在水下，柔软的尾鳍推进机器鱼可以像鱼一样潜水、摆尾、游动，进而完成水底勘探、搜寻等工作。而仿生章鱼机器人运用仿生学原理，可以通过狭小的通道并利用非结构化的触手在曲折的地面前进或作出抓取动作。此外，斯坦福大学研发了一款新的软体机器人Vine-link robot。此机器人全身由薄的软塑料包裹而成，形成类似于管状的躯体，且有部分向内折叠。科学家通过固定端往机器人的躯体内注入压缩空气，通过流体驱动的方式将内部折叠部分展开膨胀，致使躯体延伸并按照设定方向前进。在研究人员公布的资料中，Vine-link robot可以举起100 kg的木箱，以各种蜿蜒曲折的姿态通过不同的障碍物，并可以抵御火焰的高温。在Vine-link robot顶端安装摄像头，可以通过实时的画面传输获取机器人所在环境信息，配合机器人柔软躯体带来的灵敏性，完成相应勘探或救援任务。在未来勘探救援领域，软体机器人可发挥重要作用。
 

　　资料来源：cnBeta、科技导报