撰文|小魔

隨著計算機、傳感器、人工智能、仿生學等多個學科領(lǐng)域的高速發(fā)展，越來越多的智能科技公司也開發(fā)出了千奇百怪的移動機器人。

(相關(guān)資料圖)

波士頓動力SpotMini

AgilityRobotics雙足機器人

特斯拉Bot人形機器人

比如波士頓動力的SpotMini，AgilityRobotics的雙足機器人，特斯拉的Bot人形機器人等等。當然，這些移動機器人的工作內(nèi)容也涵蓋了從生態(tài)監(jiān)測、倉庫管理、軍事與極端環(huán)境探索、家庭服務(wù)等各個方面。

由于機器人從事的工作種類越來越繁多，人們對移動機器人的要求也不再是單純的能跑能跳，或是攜帶更多的負重，而是需要它們具備在多種環(huán)境中進行穿梭的能力，但這卻是當下大部分移動機器人都沒能通過設(shè)計攻克的一個難題。

不過，最近來自耶魯大學的研究人員可能找到了一種讓機器人在不同環(huán)境下進行順暢移動的創(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的機器人，這個機器人被命名為ART（含義為兩棲機器龜）。

與我們常見的水陸兩棲移動工具不同，ART能夠在水陸兩種環(huán)境中行動，靠的可不是兩套完全不同的動力推進系統(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機器人的外形很明顯就可以看出它的靈感來自于陸龜和海龜，這是一種化石記錄超過1.1億年的物種。

該項目的首席研究員RebeccaKramer-Bottiglio表示：“陸龜和海龜有著相似的身體，都有四肢和一個殼，但為了適應(yīng)特定的生存環(huán)境，它們有獨特的四肢形狀和步態(tài)。海龜為了在水中游泳和劃水，四肢長有像魚鰭一樣扁平而細長的腳蹼；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，腳上還有圓圓的腳趾。”

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

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

那么ART機器人具體又是通過怎樣的技術(shù)實現(xiàn)腿部變形與移動的呢？

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

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)安置了四個銅制加熱器來加熱與軟化腿部材料。

加熱后機器人腿部柔軟的“肌肉”組織就會因此發(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在一到兩分鐘內(nèi)進行冷卻和硬化，方便其進行移動。

機器人的移動動作則通過與柔軟四肢相連接的傳統(tǒng)球形關(guān)節(jié)來完成，該關(guān)節(jié)類似于動物的肩關(guān)節(jié)。每個關(guān)節(jié)中都包含有三個電動馬達，使其可以在陸地上進行“爬行”或“匍匐”，也可以在水中進行“劃動”或“拍打”等等動作。

與這些關(guān)節(jié)相連的則是一個模塊化的底盤，外面還附有一層密封的PVC管以保護機器人的電子元件不會因為浸水而發(fā)生短路。

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

ART并非市面上唯一的水陸兩棲機器人，但它與這些機器人的最大區(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)最終有可能會讓機器人在現(xiàn)實世界中的許多不同表面和環(huán)境中具備跋涉能力，而不必攜帶可能會降低它們移動效率的額外推進系統(tǒng)。

洛桑聯(lián)邦理工學院的“小獵豹”

東京工業(yè)大學的泰坦V-III

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

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

不過ART機器人目前還不具備真正推向市場的成熟技術(shù)，因為原型機仍然需要外接線路來獲得動力電源和通信數(shù)據(jù)，并且它當下的動作非常緩慢笨拙，但研究人員也表示他們已經(jīng)在著手研發(fā)能夠解決這些問題的升級技術(shù)。也許過不了幾年，我們就能看到使用獨立電源，移動速度更快的成品機器人了。

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

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

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