前沿洞察丨“超速”软体机器人，比真水母速度还有快

每日疫情动态

数据来源于新浪新闻app截图

本期前沿洞察为大家带来：速度可以超越真实水母的仿水母软体机器人；可用于制造软体机器人的智能织物；可以抓取30余种物体的三指机械手......

一起来看看吧：

速度可超越真实水母的仿水母软体机器人

由于水母独特的运动方式，让它成为了机器人研究人员们的热门研究模型之一，研究人员们现在展示了一种受这些海洋生物启发的新型软体机器人，它利用气道以极快的速度游动。

这种新型软体机器人是由北卡罗莱纳州立大学和坦普尔大学的科学家开发的，他们想做一个完全柔软的机器人，没有内脊柱，仍然利用那种在两种稳定状态之间切换的概念，以使软体机器人的移动更加有力--而且更加快速。而让他们受到启发的动物之一就是水母。

水母游泳的能量效率在海洋环境中是无与伦比的。该团队试图通过使用聚合物圆盘来重现这一点，聚合物圆盘通过向四个不同的方向拉伸而预应力，然后与另外两层非应力层结合，其中一层具有一个空气通道。这种聚合物圆盘的堆叠使得一个软体机器人可以在放松状态和弯曲状态之间进行切换，而在弯曲状态下，这种碗形的机器人通过在空的通道中填充空气，迅速反转为圆顶。这使得机器推开水，自己向前移动。

在测试中，软体机器人表现出每秒53.3毫米的平均速度，而作为研究的一部分，研究的三种水母都没有超过每秒30毫米的速度。

可用于制造软体机器人的智能织物

研究人员研发了一种新型智能织物---STATs，认为其可用于制造软体机器人。这种织物可以根据温度依赖性的液气相变化进行充气和放气。或者可使用一种特殊设计的织物来帮助进行康复治疗，以及作为增强剂在执行剧烈任务时保护穿戴者。

该团队认为，这种智能织物可以用于非穿戴式但独立运作的设备中。这些设备包括基于纺织品的软机器人等设备，以帮助肌肉和激活神经纤维等组织修复损伤或首先防止对它们的损伤。软机器人可以以适当的频率和精确的位置对身体施加物理力。

通常而言，软性机器人都是气动驱动的，需要一个压缩机来调制内部的气压以及需要装配笨重的管道。而这种新研发的智能热致动纺织品又名STATs，可以通过电控制纺织品中的液体-蒸汽相变来引起压力变化。这样一来，就无需使用气动系绳，并可以开辟了新织物机器人应用。

研究人员表示，他们的目标是要设计出能够利用集成的闭环反馈控制进行电子感应和驱动的机器织物，从而实现自我调节。该材料还必须以任意形状和大批量制造。STATs可以支持所有这些功能，而且重量轻，不显眼。

STATs采用市售的编织纺织膜制造成严密密封的小袋，上面涂有一层可热封的热塑性聚氨酯，其中包含了嵌入式电活性元件。该团队使用一种被称为NOVEC 7000的工程流体为STATs内部的电子元件提供动态动力，这种流体只需要受热汽化，体积即可膨胀100倍，使机器人纺织品能够在很大范围内增加和减少内部压力，在室温下可产生约75千帕的峰值压力。

可抓取30多种物体的三指机械手

由于折纸的艺术灵活性，科学家们总能从中获得很多启发，创建出很多不同组合结构的机器人。折纸机器人已经发展成为了一个独特的研究方向。

近期《IEEE机器人学报（Transactions on Robotics）》介绍了一款受到“折纸扭转塔（Origami Twisted Tower）”结构启发的欠驱动三指机械手，只需要一个舵机的控制，该机械手就可以实现复杂的三维空间变形抓握，并且有效抓取30多种形态各异的物体。

这款机械手被证明可以有效地降低传感器的精度需求，简化抓取物体时对于抓取算法的要求。

今天介绍的是基于一种特殊的折纸方法，折纸扭转塔（origami twisted tower）设计的三指欠驱动机械手。是像塔一样的多层折纸结构，当扭转每一层的时候，整个结构会沿着塔身收缩, 这种由复杂的三维空间变形（扭转收缩）的机理非常适用于欠驱动设计。

研究者称他们设计的机械手为扭转之手（Twister Hand）。这款机械手仅有一个电机驱动拉线驱动，可以用来抓取不同形状，重量，尺寸以及纹理的物体。每一只手指由一个柔顺连续的折纸结构启发而设计。研究者设计了手指的三维CAD模型，并且用3d打印的方式以一体制造。机械手是拉线欠驱动（underactuated，欠驱动指的是结构输入端的自由度小于输出端的自由度，即用简单的输入实现了更多自由度的输出）的，每根手指有一根线，三根线汇聚到舵机的轮盘处进行驱动（拉线，放线），拉动线就可以驱动手指产生扭转收缩的复杂形变。研究者通过实验发现，仅仅用无需传感器的开环抓取控制就可以实现30多种形态各异的物体的抓取。

和传统机器人相比，柔性的欠驱动机器人有着很大的应用潜力，例如只用很简单的控制和传感就可以实现和环境或者人类的柔顺交互。今天小编介绍的这项研究就是利用折纸结构来设计柔性的欠驱动机械手。这种机械手可以有效地降低传感器的精度需求，简化抓取物体时对于抓取算法的要求。同时这种结构可以通过设计被做成不同的尺寸，不同的结构，从而被应用到更多的场景中去。

— END —