據(jù)外媒“每日科學(xué)”官網(wǎng)日前報(bào)道，斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程師們開發(fā)出一種全新的仿藤機(jī)器人，能夠在不移動(dòng)整個(gè)身體的情況下，長距離生長，并能蛇形蜿蜒。研究者已證明，它在災(zāi)難搜救和醫(yī)療中將是大有作為的。該項(xiàng)目由美國國家科學(xué)基金會資助，相應(yīng)研究論文已發(fā)表于《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。

 

    設(shè)想一下，在雜亂無章的倒塌建筑中，救援人員在急切地搜尋遇難人群。但是，他們既沒有徒手去挖碎片，也沒有放出搜救犬去嗅生命跡象在哪兒，而是首先拿出一個(gè)小的密封氣缸，將設(shè)備放在災(zāi)難現(xiàn)場的縫隙入口處，然后旋轉(zhuǎn)開關(guān)，機(jī)器人的“生長”開始了！

 

    只見，它從氣缸的一端冒出頭，接著像卷曲的蛇一樣，軟軟地、緩緩地延伸，進(jìn)入石頭、草叢和泥土混雜的地下空間。它的動(dòng)作就像快速生長的爬藤一樣，卷須的頂端安裝有微型攝像頭，能夠讓救援人員看到瓦礫下面，無法抵達(dá)的地方是什么樣的狀況。

 

    對新型軟體機(jī)器人來說，這僅僅是一種可能的應(yīng)用。研發(fā)人員在論文中表示，之所以研發(fā)它，是受到自然的啟示。生物具有生長的特性，無論是藤蔓、真菌還是人腦內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞，都能通過軟性延展來覆蓋距離，那么仿生裝置應(yīng)該也可以。因此，他們提出了“會生長的軟體機(jī)器人”這一概念，并設(shè)計(jì)了一些具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

 

    機(jī)械工程學(xué)教授埃里森·岡村是該論文的資深作者，他解釋說，“我們試圖從根本上弄清楚軟體機(jī)械移動(dòng)或生長的機(jī)制原理，它的方式與世界上所有的動(dòng)物或人類都完全不同”。為了知道機(jī)器人能做什么，研究小組甚至制作出復(fù)雜的迷宮模型，讓機(jī)器人穿越各種障礙，朝著預(yù)設(shè)目標(biāo)前進(jìn)，并成長為一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)。

 

 

    這個(gè)新機(jī)器人背后的設(shè)計(jì)思想顯而易見，并不復(fù)雜。首先是有一管的軟材料折疊在氣缸內(nèi)部，就像一團(tuán)有序蜷曲著的襪子一樣。機(jī)器人在頂端攝像頭的控制下，總朝著一個(gè)方向生長，比如軟材料位于充氣嘴的前端，軟體機(jī)器人的管子始終朝著右側(cè)延展生長。

 

    實(shí)驗(yàn)室中的原始版機(jī)器人采用薄而廉價(jià)的塑料制成，當(dāng)研究人員通過固定端壓入空氣時(shí)，機(jī)器人呈外翻生長的姿態(tài)，而在后來的新版本中，任何流體也許都能代替壓縮空氣，從而讓軟體機(jī)器人具有不同性能。這種設(shè)計(jì)非常有用的一個(gè)特點(diǎn)就是，它不需要機(jī)械整體運(yùn)動(dòng)，而只需要尖端運(yùn)動(dòng)，節(jié)省了時(shí)間和能量。

 

    來自加利福尼亞大學(xué)的客座助理教授埃利奧特·霍克斯也是論文的主要作者之一，他指出，機(jī)器人的身體從末端開始延伸，在“生長”過程中，身體會附著在草叢中，或被巖石卡住，但這并不能阻止其行動(dòng)，因?yàn)槟┒诉€在不斷長出新“肢體”。

 

    測試機(jī)器人性能的方法也很簡單，即讓機(jī)器人從一個(gè)地方穿越障礙到另一個(gè)地方。研究人員設(shè)計(jì)了混合捕蠅紙、粘膠水、釘子和冰凍墻面的通道，而機(jī)器人成功越過了所有阻礙，并在傳感器幫助下，通過感知二氧化碳的方式尋找到了被困幸存者模型。整個(gè)過程中，雖然機(jī)器人的軀干被釘子刺破，但由于被刺破的區(qū)域沒有繼續(xù)移動(dòng)，釘子堵住了氣孔，機(jī)器人的氣腔保持正常。

 

    在另一些極端情況下，機(jī)器人“舉起”了100公斤的木箱，從只有軀干截面面積10%的門隙中穿越而過，并且還進(jìn)入了天花板頂上、墻內(nèi)管道等地方，甚至為人們提供了一種在狹小空間布置路由線的新方法。

 

 

    研究者指出，人們應(yīng)該關(guān)注的是，軟體機(jī)器人能夠移動(dòng)進(jìn)入一個(gè)不可預(yù)知的困境中，它的行動(dòng)不受障礙物的影響，人們不必?fù)?dān)心它在探索時(shí)被破壞或卡死。原始版之后，新開發(fā)的機(jī)器人版本還囊括了一個(gè)控制系統(tǒng)，能夠讓機(jī)器人膨脹，使生長方向朝左或右，并將末端攝像機(jī)拍下的圖像傳到外界。

 

    這種機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它們比純機(jī)械機(jī)器人更安全。這不僅是因?yàn)樗鼈內(nèi)彳洠€因?yàn)樗鼈兺鶚O輕，便于延展靠近人體。而且，它行動(dòng)靈活，可以在復(fù)雜路徑中前行。當(dāng)然，這得歸功于科學(xué)家們制作出的精確運(yùn)動(dòng)模型。一般來說，純機(jī)械機(jī)器人更易于建模和控制，但為了讓軟體機(jī)器人也達(dá)到同樣的行動(dòng)效果，就需要進(jìn)行大量試驗(yàn)，獲得足夠精確的數(shù)據(jù)，編寫新的控制算法，讓機(jī)器人末端的攝像機(jī)能夠以超高速率處理運(yùn)動(dòng)指令，引導(dǎo)機(jī)器人的“生長”方向，完成任務(wù)。

 

    如前所述，科學(xué)家們手工制造的原型是通過氣壓驅(qū)動(dòng)，未來希望制造出液體驅(qū)動(dòng)的版本。一旦軟體機(jī)器人內(nèi)腔能夠輸入水或其它液體，那么就能向狹小空間或封閉空間內(nèi)的人輸送這些東西，甚至還能幫忙進(jìn)行滅火。因此研究者也在試驗(yàn)用耐撕尼龍或芳綸等材料制作軟體機(jī)器人的外殼。

 

    研究者也想看到不同尺寸的軟體機(jī)器人會如何工作，因此他們還造出了一個(gè)僅有1.8毫米直徑的機(jī)器人版本。未來，他們希望小微型軟體機(jī)器人能推進(jìn)醫(yī)療進(jìn)步，比如進(jìn)入患者身體，在不影響其它器官組織的情況下“生長”，完成檢查任務(wù)等等。