捕蝇装置(斯坦福大学研发藤蔓机器人，可弯曲缠绕自我生长)

Posted 2023-05-27

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捕蝇装置(斯坦福大学研发藤蔓机器人，可弯曲缠绕自我生长)

近日，来自斯坦福大学机械工程师们研发出了一款可自我生长的柔性藤蔓机器人，它不仅可以向像藤蔓一样生长变长，还可以转动方向前进生长。

该研究负责人Allison Okamura教授，在机器人和人机触觉交互领域领域有着十余年的研发经验，曾推出过用于康复治疗的机器人Manipulandum，它通过定制病人特定的康复策略，让病人在虚拟环境中用手柄来训练以达到康复的目的。此外，她还推出过用于遥控手术的可穿戴模拟触觉装置等研究成果。

为了能在地震等灾害发生后的复杂环境中有一款可以执行搜救任务的机器人，2016年8月，Allison Okamura教授的团队开始了这款柔性藤蔓机器人的研发过程。

这款藤蔓机器人由充气的控制系统、机身顶部摄像头和塑料软管组成的机身构成，当它要生长时，控制系统向软管充气，堆叠在软管内部的材料管就会外翻，形成生长的样子。这个过程就像撑袜子一样，将一只外翻堆叠的袜子用力撑起使它恢复原状。

为了使机器人能够像藤蔓一样肆意弯曲生长，研究团队在机器人体内将软管分成很多腔室，每个腔都有阀来控制气压的大小，这就使得各腔的气压、长度可控，凭借这种精妙的结构设计，这款机器人实现了弯曲生长，甚至可以做出像蛇一样的弯曲缠绕动作。

而为了测试这款机器人，研究人员准备了各种各样的环境，包括捕蝇纸、钉子板、冰冻墙面、天花板顶上和墙内管道等地方。在一次模拟寻找被困者的混合测试中，该机器人凭借柔软可控的机身以及顶端摄像头成功穿越了各种障碍，找到了被困者。整个过程中比较顺利，虽然过钉子时，机身部分被刺破，但机器人凭借尖端运动的特性，依然继续前进生长，而被刺破的腔室由于没有继续移动，钉子堵住了气孔，机器人的气腔得以保持正常。

在另一次测试中，机器人举起了100千克重的木箱，从只有十分之一直径大小的门缝中穿越而出。此外在一些趣味测试中，机器人表现同样抢眼，比如穿越迷宫模型、移动阀门手柄等。

从测试情况来看，这款机器人凭借柔软的机身结构要比传统机械机器人更安全，更能接近人体作业。它行动灵活，能胜任极复杂情境下的探索任务，而且它只需要尖端运动，不必移动整个机械结构，即使机身被卡主也可以继续前进，更为节能和适应各种情况。

不过相比于纯机械机器人，藤蔓机器人更难建模和控制，同样的行动，藤蔓机器人需要进行大量试验来获得足够精确的数据，来编写控制算法才能产生一样的效果。

接下来，研究团队将会针对藤蔓机器人进行进一步优化，探索液体驱动以及其他机身材料来制造机器人，这可以帮助被困在狭窄空间中的人们输送液体，或者在密闭的房间中扑灭火灾。

同时，研究团队还希望将机器人做得更大或者更小，来探索更多的可能。他们已经创建了一个1.8毫米的版本，希望用于医疗检查等领域，这对于那些做胃镜检查的患者来说，可是巨大福音。