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  在耶魯大學(xué)科學(xué)家眼里，黏土不再是小孩桌面上的玩具，而是可自由變換形狀的變形機(jī)器人。幾個(gè)月前，耶魯大學(xué)在機(jī)器人頂級(jí)會(huì)議ICRA發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)闡述了他們是如果讓“黏土+機(jī)器人皮膚”變成變形機(jī)器人的。

作者：風(fēng)雨撫蕖

  一改機(jī)器人往日古板的形象，來自耶魯大學(xué)的研究員通過黏土和機(jī)器皮膚制造出了變形機(jī)器人。通過擠壓塑造成不同的形狀，使得機(jī)器人能夠在未來適應(yīng)不同的環(huán)境完成不同的任務(wù)。

  用黏土制作機(jī)器人，真的能像橡皮泥一樣千變?nèi)f化嗎？

擺脫剛性結(jié)構(gòu)，更易七十二變 

  想必大家非常熟悉各種變形機(jī)器人，不久前我們就報(bào)道了來自深海的變形金剛Aquanaut機(jī)器人。

  通過結(jié)構(gòu)性的改變，單個(gè)機(jī)器人能夠執(zhí)行更為豐富的任務(wù)。但是剛性結(jié)構(gòu)的約束使得這些機(jī)器人只能在有限的形式間轉(zhuǎn)換，軟體機(jī)器人有可能改變這一切，沒有固定的形式使得軟體機(jī)器人能夠?qū)⒆约恨D(zhuǎn)化為任何形狀，使他們能夠執(zhí)行需要的任務(wù)。

  今年早些時(shí)候的ICRA上，耶魯大學(xué)證實(shí)了通過泡沫黏土和機(jī)器皮膚創(chuàng)造機(jī)器人的可能性。

機(jī)器皮膚，秒變機(jī)器人 

  機(jī)器人本身由纏繞在一塊粘土上的皮膚組成，其中的執(zhí)行器由外接電源和控制裝置驅(qū)動(dòng)。在制作機(jī)器人的過程中，首先要準(zhǔn)備一個(gè)黏土的圓柱體，然后給它穿上第一層皮膚。

  接下來再給它穿上第二層皮膚。

  這層運(yùn)動(dòng)皮膚，由氣動(dòng)氣囊網(wǎng)制成，當(dāng)氣囊按照特定的順序充氣時(shí)，機(jī)器人可以向前或者向后運(yùn)動(dòng)。

  在他們的黏土機(jī)器人身上，最重要的是第二層變形皮膚，它們由電纜驅(qū)動(dòng)，可以將底層材料塑造成各種形狀，包括球體，圓柱體和啞鈴。當(dāng)遇到障礙時(shí)，變形皮膚可以改變機(jī)器人的形態(tài)，巧妙地避開障礙物，這是執(zhí)行多種任務(wù)的核心。

挺胸收腹

越過山丘

循序漸進(jìn)，由簡(jiǎn)進(jìn)繁 

  其實(shí)，這并不是耶魯大學(xué)第一次用運(yùn)動(dòng)皮膚幫助柔軟的物體實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能了。去年的《Science Robotics》就曾經(jīng)發(fā)表過一篇論文，為毛絨玩具套上機(jī)器人皮膚，讓它實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)功能。

機(jī)器皮膚

運(yùn)動(dòng)的小馬哥

  過去耶魯大學(xué)的研究人員一直在試驗(yàn)使用彈性結(jié)構(gòu)的變形機(jī)器人，由于是彈性形變，一旦動(dòng)作停止，機(jī)器人就會(huì)彈回原來的形狀。

  但粘土是不同的，因?yàn)樗鼤?huì)保持形成的任何形狀，使機(jī)器人更節(jié)能，如果要變換成其它形態(tài)，只需要變形層施加壓力改變即可。

  目前該項(xiàng)研究的機(jī)器人形態(tài)較為簡(jiǎn)單，功能也沒有那么豐富，但是正如耶魯大學(xué)從運(yùn)動(dòng)皮膚、到黏土應(yīng)用、再到變形皮膚的循序漸進(jìn)，研究人員提出了一些可以在未來使用的更為復(fù)雜版本。

  以下，可以觀看這款機(jī)器人的完整視頻：

助力探索 

  通過變形和運(yùn)動(dòng)的相互補(bǔ)充，使得該方法塑造的機(jī)器人具有獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景。在搜索和救援行動(dòng)中，可以僅攜帶機(jī)器皮膚，而黏土則可以就地取材，這節(jié)省了更多的負(fù)載成本。

  更廣泛地說，在資源有限的條件下，例如在火星探索中，由于物資供應(yīng)鏈稀少，利用這種變形系統(tǒng)，機(jī)節(jié)約了運(yùn)載成本，也可以將物質(zhì)機(jī)器人變形為不同的形式以執(zhí)行不同的功能。

  論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/8653947