機(jī)器人會(huì)“遁地術(shù)”？意大利理工學(xué)院蚯蚓仿生機(jī)器人可用于探索和救援

大數(shù)據(jù)文摘轉(zhuǎn)載自機(jī)器人大講堂

機(jī)器人打洞技術(shù)哪家強(qiáng)？

或許這款機(jī)器人可以展示一下子它的遁地術(shù)。

意大利理工學(xué)院（IIT）的研究人員們提出了一款新型軟體機(jī)器人，當(dāng)空氣通過(guò)或被抽出時(shí)，柔軟的致動(dòng)器就會(huì)伸長(zhǎng)或擠壓，從而使它能夠爬行。

這蠕動(dòng)的身影，機(jī)智的小伙伴可能已經(jīng)猜到這款機(jī)器人的靈感來(lái)源，沒錯(cuò)，就是蚯蚓。

在自然界中許多動(dòng)物（如蛇、蚯蚓、蝸牛和毛毛蟲）可以利用身體的靈活性和沿身體長(zhǎng)度產(chǎn)生物理行波的能力來(lái)移動(dòng)和探索不同的環(huán)境。

此次研發(fā)團(tuán)隊(duì)正是從大自然中汲取靈感，通過(guò)對(duì)蚯蚓運(yùn)動(dòng)力學(xué)的透徹理解和應(yīng)用，創(chuàng)造了類似蚯蚓的機(jī)器人。

機(jī)器人利用肌肉層的交替收縮，通過(guò)產(chǎn)生逆行蠕動(dòng)波，在土壤表面以下和上方推動(dòng)自己。它們身體的各個(gè)部分（異構(gòu)體）具有特定數(shù)量的流體，這些流體控制內(nèi)部壓力以施加力，并執(zhí)行獨(dú)立，局部和可變的運(yùn)動(dòng)模式。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，這款機(jī)器人是開發(fā)地下探索設(shè)備的起點(diǎn)，也是密閉空間搜索和救援行動(dòng)以及探索其他行星的起點(diǎn)。

該項(xiàng)研究以論文（An earthworm-like modular soft robot for locomotion in multi-terrain environments）為題發(fā)表于《Scientific Reports》期刊中。

地下“工作者”是如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的？IIT研究人員研究了蚯蚓的形態(tài)，并通過(guò)創(chuàng)建柔軟的機(jī)器人解決方案找到了一種方法來(lái)模仿它們的肌肉運(yùn)動(dòng)、恒定體積的腔室和它們毛發(fā)（setae）的功能。

團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種蠕動(dòng)軟致動(dòng)器（PSA），可實(shí)現(xiàn)蚯蚓的拮抗肌肉運(yùn)動(dòng)。當(dāng)空氣被泵入其中時(shí)，它會(huì)從中性位置伸長(zhǎng)，當(dāng)從中抽出空氣時(shí)它會(huì)壓縮。

機(jī)器人蚯蚓的整個(gè)身體由五個(gè)串聯(lián)的PSA模塊組成，通過(guò)互連連接。目前的原型長(zhǎng)45厘米，重605克。

每個(gè)單獨(dú)的致動(dòng)器好似一個(gè)個(gè)密閉的罐子，“罐體”的表面是彈性皮膚，可以封裝已知量的流體，從而模仿蚯蚓內(nèi)部腔流體的恒定體積。

蚯蚓節(jié)段縱向變短，圓周變寬，并隨著單個(gè)恒定容積室的縱向肌肉收縮而施加徑向力。相反，隨著周向肌肉的收縮，該節(jié)段沿前后軸變長(zhǎng)，圓周變薄，導(dǎo)致沿軸線的穿透力。

每個(gè)執(zhí)行器在 10 bar 正壓下的最大伸長(zhǎng)率為 97.1mm，在 11.13 bar 負(fù)壓下的最大壓縮率為 0.5mm，其獨(dú)特的能力在于能夠在單個(gè)執(zhí)行器模塊中同時(shí)產(chǎn)生縱向和徑向力。

為了在平面上推動(dòng)機(jī)器人，研發(fā)人員們將一塊被動(dòng)摩擦墊連接到機(jī)器人的腹面。該機(jī)器人以1.35mm/s的速度展示了改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)能力。

近幾年來(lái)，軟體機(jī)器人因?yàn)槟苓m應(yīng)各種非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，與人類的交互也更安全等多方面的優(yōu)勢(shì)，一直備受機(jī)器人領(lǐng)域科學(xué)家們的關(guān)注。憑借科學(xué)家們超前的想象力和快速學(xué)習(xí)大自然的能力，不同功能的軟體機(jī)器人紛紛上線。

此次蠕動(dòng)蚯蚓狀軟機(jī)器人的提出，不僅給軟體機(jī)器人的發(fā)展提供了新思路，還從生物啟發(fā)的角度更深入地了解了不同環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)。

同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用也十分廣泛，包括地下勘探、挖掘、地下環(huán)境中的搜索和救援行動(dòng)以及對(duì)其他行星的探索。這種仿生的穴居軟機(jī)器人是軟機(jī)器人領(lǐng)域向前邁出的重要一步，為未來(lái)的進(jìn)一步發(fā)展打開了大門。

接下來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行更深入的研究，使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中減少打滑，并在保證速度的前提下找到機(jī)器人最佳的步態(tài)模式。

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