哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

发表于 2015-7-11 00:19:00 显示全部楼层 0 7665

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在科学家们的努力下,机器人变得越来越敏捷了。近日哈佛大学与加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发出了一种3D打印的机器人,能够跳到6倍于自己身高的高度,而且更加令人印象深刻的是,它可以一遍又一遍地这么做,而且没有一次出现故障。

哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

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该研究团队的成员包括Nicholas W. Bartlett、Michael T. Tolley、Johannes T. B. Overvelde、James C. Weaver、Bobak Mosadegh、Katia Bertoldi、George M. Whitesides、Robert J. Wood。如今他们已经就此研究成果在《科学(Science)》杂志上发表了一篇题为《一个3D打印的靠燃烧提供动力的功能级软机器人(A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion》的论文。该机器人是用多种具有不同属性的材料3D打印而成的,有的材料非常坚硬,而有的材料则极其富于弹性。氧气和丁烷组成的混合物为其提供动力,使其能够不受限制地跳跃30次。

哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

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就目前而言,我们当中的大多数人仍然实际上把机器人看作是一种金属制造的机器,觉得它肯定又重又僵硬。一台钢铁机器在地上蹦来蹦去简直是不可想象的事情。但是本项目的研究人员就是要通过将刚性和柔性材料有机组合,把这个不可能变为现实。
“我们相信,将软、硬质材料汇集在一起,将有助于制造出新一代的快速、敏捷的机器人。这种机器人将比它的前辈更加强壮、更具适应性,并且可以安全地与人类肩并肩共同工作。”加州大学圣地亚哥分校的机械工程助力教授Michael Tolley说,“在机器人身体中将各种软硬物质集成在一起的想法来自大自然。在自然界中,复杂性具有非常低的成本。通过3D打印技术,我们试图把这一机制在机器人身上展现出来。”

哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

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而3D打印技术也帮助科学家们大大节省了经费,与十年前相比,他们做类似的实验费用只是后者的一小部分。今天的3D打印机具有使用各种材料、颜色的组合进行打印的能力。尤其是这种将软硬材料打印在同一个对象上的能力为机器人产业的未来提供了无限的潜力。
通常来说,软机器人往往行动迟缓,但是设计人员软硬结合的设计却充分展现了软机器人的优势——比如它们可以吸收震动、行动更加自由、甚至可以在地面上跳起来,另外刚性的部件则使得它们能够快速移动。

哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

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“这种机器人所具备的刚度梯度,模数跨越三个数量级,使得刚性驱动部件(控制器、致动器、电池等)和柔性主体之间能够可靠衔接,并且还提高了性能。”研究人员解释称,“通过丁烷和氧的燃烧产生的动力,该机器人能够进行不受限制的跳跃。”
此外,机器人内部的刚性部分也为电子器件、计算机系统和动力源等的安装提供了良好的环境,而软性部分则提供了更多的浮力、保护和振动吸收等。据天工社了解,本次实验中的机器人,其研究人员称对它进行了多次迭代和测试,其顶部是一个3D打印的单一部件,但是它由九层材料组成,每层都有不同的硬度和刚性。其外部非常柔软有弹性,类似橡胶,而里面的部分却非常坚硬。

哈佛科学家3D打印出能跳跃的软机器人

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但是机器人的底部却是非常有弹性,研究人员在这里设计了一个腔室,腔室里可以注入丁烷和氧气。当两种气体被点燃后,该机器人就会像一个反弹的皮球那样被射里地面,随后其气动腿被充入气体。这些特殊的腿具有控制机器人跳跃方向的能力。当气体燃烧完后,机器人底部恢复原状,回到地面,而里面的部件没有一个受到任何损害,包括迷你的空气压缩机、丁烷燃料电池、高压电源、电路板等等。
到目前为止,科学家们的测试已经显示,该机器人能够跳到2.5英尺高的空中,并且横移0.5英尺。它能够这样跳跃超过100次,以及从四英尺的高度落下35,而不会受到严重的损坏。

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来源:天工社
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