水母软体机器人比真水母游得还快

科技工作者之家 2020-07-03

  


用预应力聚合物强化的水母机器人,游动速度甚至超过了真水母。

《先进材料技术》6月30日报道,美国北卡罗莱纳州立大学(NCSU)和天普大学的研究人员受水母启发开发的水母软体机器人,其游动速度甚至超越了本体。

为了提高水母软体机器人的性能,研究人员使用了预应力聚合物对其进行强化。论文的通讯作者、NCSU机械与航空航天工程学助理教授Jie Yin说:“此前,我们受猎豹启发开发的软机器人虽然速度非常快,但仍然保留了一根僵硬的内脊柱。我们希望制造一个脱离内脊柱束缚、更强更快的软机器人。此时,水母成了我们的灵感源泉。”

研究人员用两层相同的弹性聚合物制造了新型软机器人的原型机。一层是预应力聚合物,另一层是有空气通道的无预应力聚合物。Yin说:“通过向通道层注入空气,我们能够让机器人‘弯曲’,而通过调整预应力层的相对厚度,我们又能够控制弯曲方向。”

软机器人在开始运动前,研究人员会将第三层无应力层(中间层)与前面两层相结合。受预应力层影响,中间层与其一同形成一定的曲率。如果预应力层比空气通道层厚,注入空气后,曲率增加。反之,会形成反向曲率。空气离开通道层后,材料会迅速恢复初始的“静止”状态。整个原型机就像一只蜷缩着身体的爬虫,通过迅速释放存储的能量向前跃进。

研究人员设计的水母机器人的结构比原型机稍微复杂一些,它的预应力盘状层被同时向四个方向拉伸,空气通道层也改造成了环状——整体看起来很像水母的圆顶。当水母机器人“放松”时,圆顶向上弯曲,就像一个浅碗。空气泵入环状通道后,圆顶迅速反向弯曲,将水排出并推动机器人前进。在测速实验中,水母机器人的平均速度达到每秒53.3毫米,远远超过了三种真水母的速度(约每秒30毫米)。

研究人员还制造了一种具有扭转功能的抓取机器人。大多数抓取机器人的钳子在“放松”时是张开的,因此在移动货物的过程中需要注入能量来维持抓取动作。然而,Yin等使用了预应力层制造钳子,默认状态为“紧握”,用户只需要在放下货物时注入能量。Yin解释说:“这样做的好处很明显,在移动过程中你不再需要能量来抓取货物,效率大大提高了。”

科界原创  

编译:德克斯特 

审稿:西莫 

责编:程建兰

期刊来源:《先进材料技术》

期刊编号:2365-709X

原文链接:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-07/ncsu-jsr070120.php

版权声明:本文由科界平台原创编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。


机器人 科界 研究 人员 水母 科技新闻

推荐资讯