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软Rotini机器人快速导航

导读 尽管由软材料构成的机器人技术的自主性是必不可少的,但创建能够在没有外部控制的情况下智能地与不断变化的环境交互并适应不断变化的环境的

尽管由软材料构成的机器人技术的自主性是必不可少的,但创建能够在没有外部控制的情况下智能地与不断变化的环境交互并适应不断变化的环境的自主软机器人仍然具有挑战性。这样的机器人通常需要一个软的、类似大脑的指挥中心,它集成了机载传感、控制、计算和决策。

在最近发表在《 国家科学院院刊》 (PNAS) 上的一篇论文中,宾夕法尼亚大学和北卡罗来纳州立大学 (NC State) 的研究人员开发了能够在复杂环境(例如迷宫)中导航的软机器人,而无需来自人类或计算机软件的输入。 Joseph Bordogna教授、材料科学与工程系系主任舒洋共同撰写了该论文。

杨是液晶弹性体特性方面的专家,液晶弹性体是制造软机器人的材料。由于这些特性和它们的形状——类似于半透明rotini的扭曲丝带——机器人展示了一个概念,该概念被北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授、资深作者Jie Yin称为“物理智能”:结构设计和智能材料是什么让软机器人能够导航各种情况,而不是计算智能。

华氏度),它比环境空气更热,色带接触表面的部分会收缩,而暴露在空气中的色带部分则不会。这会在色带中引起滚动运动。表面温度越高,滚动的速度就越快。

放置在迷宫中的机器人使用一系列旋转和“捕捉”——当丝带的中心部分在遇到物体后弯曲,导致机器人跳跃并重新定向——以导航出去。

“尹杰和我合作过很多项目,去年夏天,他找我谈了他们正在进行的液晶弹性体项目,”杨说。“他们发现了非常有趣的滚动行为,并想知道它背后的科学。”

“我注意到了折断行为,”她说,“这与由于材料收缩而导致的典型扭曲和解捻行为不同。如果螺旋只是扭转和解开,它们将无法弹跳和移动,但这种折断会在与障碍物接触时为螺旋提供弹性能量,使其弹跳并变得“自主”。

该机器人在迷宫般的环境中导航的能力凸显了在复杂、非结构化的环境(如道路和恶劣的沙漠)中利用它的看似无穷无尽的机会,其中可能包括从自然环境中收集热能。