灵活而坚固的机器人旨在像植物一样生长

在当今的工厂和仓库中，经常看到机器人在四处乱窜，将物品或工具从一个工作站运送到另一个工作站。在大多数情况下，机器人可以在打开的布局中轻松导航。但是他们要在狭窄的空间中缠绕来执行诸如在杂乱的架子后部拿取产品，或在汽车的发动机零件上偷偷摸摸地拧开油盖之类的任务要费得多得多。

现在，麻省理工学院的工程师已经开发出一种机器人，该机器人的设计目的是使链状附件延伸得足够灵活，以使其能够扭曲和转动任何必要的配置，同时又具有足够的刚性以支撑重负载或施加扭矩以在狭窄的空间中组装零件。任务完成后，机器人可以收回附件，并以不同的长度和形状再次将其伸出以适应下一个任务。

附属物的设计灵感来自于植物的生长方式，其中涉及以流化形式将营养物质输送到植物的顶端。在那里，它们被转化为固体材料，以一点一点地产生支撑茎。

同样，机器人由“生长点”或变速箱组成，该变速箱将松动的互锁块链拉入盒子。然后，盒子中的齿轮将链条单元锁定在一起，并将链条作为刚性附件逐个单元地推出。

研究人员于本周在澳门举行的IEEE国际智能机器人与系统国际会议(IROS)上介绍了植物启发的“生长机器人”。他们设想可以将抓取器，摄像头和其他传感器安装在机器人的变速箱上，从而使其能够蜿蜒穿过飞机的推进系统并拧紧松动的螺钉，或者伸入货架并抓住产品而不会干扰周围库存的组织，以及其他任务。

麻省理工学院机械工程学教授哈里·阿萨达(Harry Asada)说：“考虑更换车内的机油。”“打开发动机顶盖后，必须足够灵活以便左右转动急转弯才能到达机油滤清器，然后必须足够坚固以扭转机油滤清器盖以将其卸下。”

“现在，我们有了一个可以潜在地完成这些任务的机器人，”领导这项工作的浅田研二郎实验室的前研究生闫同喜说。它可以增长，收缩和再次增长为不同的形状，以适应其环境。”

该团队还包括麻省理工学院的研究生Emily Kamienski和访问学者Seiichi Teshigawara，他们在会议上介绍了结果。

最后一脚

新机器人的设计是Asada解决“最后一只脚的问题”的工作的分支，后者是指机器人任务或探索性任务的最后一步或脚的工程术语。虽然机器人可能会花费大部分时间穿越开放空间，但其任务的最后一步可能涉及在更紧凑，更复杂的空间中进行更灵活的导航以完成任务。

工程师已经设计出各种概念和原型来解决最后一个单脚问题，包括由柔软的气球状材料制成的机器人，这种材料像藤蔓一样生长，可以通过狭窄的缝隙挤压。但是Asada表示，这种柔软的可扩展机器人不够坚固，无法支撑“末端执行器”或执行任务所需的附加组件，例如抓取器，照相机和其他传感器，一旦该机器人蠕动了它的目的地。

福特基金会工程学教授Asada说：“我们的解决方案实际上不是软的，而是巧妙地使用刚性材料。”

链环

一旦团队确定了植物生长的一般功能要素，他们便希望在可扩展的机器人中模仿一般意义上的植物生长。

Asada说：“机器人的实现与实际工厂完全不同，但是在某种抽象水平上却表现出相同的功能。”

研究人员设计了一个变速箱来代表机器人的“正在生长的尖端”，类似于植物的芽，随着越来越多的营养素流向该部位，尖端将产生更坚硬的茎。在盒子内，它们装有齿轮和电动机系统，该系统用于拉起流化的材料，在这种情况下，弯曲的3D打印塑料单元序列相互连锁，类似于自行车链条。

当链条被送入盒子时，它绕绞盘转动，绞车通过第二组电机进行编程，该第二组电动机被编程为将链条中的某些单元锁定到其相邻单元，从而在将其从盒子中送出时形成刚性附件。

研究人员可以对机器人进行编程，以将某些单元锁定在一起，而其他单元则保持解锁状态，以形成特定形状或在某些方向“生长”。在实验中，他们能够对机器人进行编程，以使其绕着障碍物从其基座延伸或扩展时转过身。

严说：“它可以锁定在不同的地方，以不同的方式弯曲，并具有广泛的运动范围。”

当链条被锁定并且是刚性的时，它的强度足以支撑沉重的一磅重。研究人员说，如果将抓取器连接到机器人不断增长的尖端或变速箱上，则该机器人可能会长得足够长，以在狭窄的空间内蜿蜒而行，然后施加足够的扭矩来松开螺栓或松开盖子。

Kamienski认为，自动维护是机器人可以完成的任务的一个很好的例子。“引擎盖下的空间相对开阔，但最后一点是您必须在发动机缸体周围导航或到达机油滤清器，固定臂无法在周围导航。这台机器人可以做到像那样的东西。”

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