導(dǎo)語：越來越多的研究人員開始模仿生物特性設(shè)計(jì)機(jī)器人，最近國內(nèi)外兩所大學(xué)研究人員發(fā)表在ICRA的兩篇仿生機(jī)器人論文引起了外媒的注意， IEEE Spectrum對(duì)這兩種機(jī)器人做出了詳細(xì)介紹。
據(jù)IEEE Spectrum報(bào)道，近日，在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最有影響力的ICRA國際會(huì)議上，兩篇仿生機(jī)器人論文引起了廣泛關(guān)注。論文中提到的魷魚機(jī)器人和扇貝機(jī)器人分別使用噴氣和噴水的方式獲得動(dòng)力，徹底擺脫了電力，用更環(huán)保的方式為機(jī)器人提供動(dòng)能。
據(jù)了解，這兩篇論文《具有柔軟變形鰭和臂的魷魚狀水上飛行器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)》和《機(jī)器扇貝: 靈感來自雙殼類的游泳機(jī)器人》分別來自北京航空航天大學(xué)和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院。兩所大學(xué)的研究人員在今年5月的在蒙特利爾舉行的ICRA 2019上分別展示了他們研發(fā)的新型仿生機(jī)器人。
接下來我們可以根據(jù)IEEE Spectrum對(duì)這兩款仿生機(jī)器人的詳細(xì)介紹，一起了解機(jī)器人技術(shù)如何與生物特性相結(jié)合，研發(fā)出使用環(huán)保動(dòng)力的仿生機(jī)器人。
一、魷魚機(jī)器人使用噴氣動(dòng)力前進(jìn)
大多數(shù)水下機(jī)器人獲得動(dòng)力的方式分為兩種，一種是螺旋槳，一種是鰭。北京航空航天大學(xué)的陶剛、楊興邦、蘇浩紅、江步輝、陳靈坤、王田苗和梁建紅受到魷魚的啟發(fā)，研發(fā)出了一個(gè)噴氣動(dòng)力的魷魚機(jī)器人。
真正的魷魚通過噴水的方法，利用水射流推動(dòng)自己前進(jìn)，這種方式不僅速度極快，而且動(dòng)力足以使一些魷魚能夠跳出水面，甚至還能通過在空中的持續(xù)噴射實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的受控飛行，魷魚在空中的“游動(dòng)”速度是在水中速度的兩倍，每秒游動(dòng)距離可達(dá)其身長的50倍。
北京航空航天大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的魷魚機(jī)器人主要通過壓縮空提供動(dòng)力，把壓縮空氣儲(chǔ)存在“鼻子”的圓柱形容器里，魷魚觸須由氣動(dòng)執(zhí)行器控制。當(dāng)機(jī)器人想要在水中移動(dòng)時(shí)，氣動(dòng)執(zhí)行器會(huì)打開一個(gè)值，釋放出適量的壓縮空氣，這些空氣會(huì)產(chǎn)生足夠的推力，把魷魚機(jī)器人射出水面。
魷魚機(jī)器人可以通過噴氣動(dòng)力跳躍10米到20米的距離，但目前它只能發(fā)射一次噴氣。研究人員正在計(jì)劃用密度稍大的氣體代替壓縮空氣，比如液態(tài)二氧化碳，這樣可以延長噴氣時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多次跳躍。
二、扇貝機(jī)器人使用水流動(dòng)力前進(jìn)
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Jamie Paik領(lǐng)導(dǎo)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一個(gè)名為RoboScallop的扇貝機(jī)器人。這款機(jī)器人的兩個(gè)外殼被柔韌的彈性膜包裹，通過一個(gè)鉸鏈連接成整體。
真正的扇貝通過打開和關(guān)閉外殼時(shí)，從它們身體背部噴出的水柱推動(dòng)自己前進(jìn)。
扇貝機(jī)器人循環(huán)的打開和關(guān)閉外殼產(chǎn)生水流推進(jìn)游動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人的外殼打開時(shí)，水流通過鉸鏈后部的開口進(jìn)入內(nèi)部，當(dāng)外殼關(guān)閉時(shí)，水被擠出，推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。
Jamie Paik介紹，扇貝機(jī)器人將水吸入后會(huì)立即噴出，能夠防止污染。扇貝機(jī)器人重量僅有65克，外殼的開關(guān)頻率剛剛超過2.5Hz，移動(dòng)速度為16厘米每秒。
真正的扇貝可以通過兩邊噴水量的不同掌握方向，但扇貝機(jī)器人還不能改變方向。Jamie Paik表示RoboScallop將很快能夠?qū)崿F(xiàn)改變方向的功能，他還說道“機(jī)器扇貝本身甚至可以兼做一個(gè)夾鉗，據(jù)我所知，這不是真正的扇貝所能做到的。”
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的Jamie Paik表示，RoboScallop機(jī)器人有很高的安全性，即使在運(yùn)行過程中有人觸碰也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。
結(jié)語：仿生機(jī)器人發(fā)展前景廣闊
IEEE Spectrum介紹的這兩種仿生機(jī)器人分別由北京航空航天大學(xué)和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)。向我們展示機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也證明了仿生機(jī)器人的研究已經(jīng)成為了國際關(guān)注的領(lǐng)域。
兩所大學(xué)的研究人員通過觀察魷魚和扇貝的游動(dòng)方式，研發(fā)出了使用環(huán)保動(dòng)力的新型仿生機(jī)器人，在機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的研究方面取得了很大進(jìn)展，提供了除電力外的新型供能方式。仿生機(jī)器人模仿生物特性，掌握新技能，在機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)行新嘗試，未來或許還有更廣闊的發(fā)展前景。
