卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一個不受束縛的軟機器人，名為“帕特里克” (PATRICK)，人工復(fù)制了海蛇尾的結(jié)構(gòu)和行為。海蛇尾是一種海洋無脊椎動物，與海星關(guān)系密切。有關(guān)這款獨特的仿生機器人的論文發(fā)表在arXiv上，它可以利用形狀記憶合金(SMA)導(dǎo)線驅(qū)動的五條腿在水下爬行。
進行這項研究的研究人員之一扎克·帕特森告訴TechXplore說:“這項工作是我們實驗室先前工作的自然延伸，即用肌肉絲代替電動機來制造不系繩的軟機器人。”“我們對帕特里克的靈感來自海蛇尾，它是海星的親戚，異常敏捷。”
帕特森和他的同事著手開發(fā)一種軟機器人，它可以完成簡單的水下任務(wù)，還可以提高目前對海蛇尾及其水下爬行行為的了解。為了最有效地復(fù)制海蛇尾在水下行走的能力，研究人員認為，他們的機器人不應(yīng)該被拴在外部硬件上，這樣可以讓它更自由地移動。
他們開發(fā)的機器人帕特里克有五個由SMA線圈供電的四肢。SMA是一種具有許多優(yōu)越性能的金屬，包括室溫下的高柔韌性和加熱時的獨特性能。事實上，當(dāng)電流施加到它身上時，SMA金屬會迅速升溫并恢復(fù)到過去的形狀。
“我們使用這些可變形的線圈作為一種‘肌肉’，讓機器人的腿向想去的方向彎曲。” 帕特森說，“這個機器人主要是由硅樹脂制成的，這使得它非常靈活，并且防水。為了控制帕特里克的動作，我們開發(fā)了幾種基本的動作:特定的形狀變化模式，在整個移動機器人的四肢之間進行協(xié)調(diào)。”
除了高度的靈活性，帕特森和他的同事希望這一機器人能夠感知周圍的環(huán)境，并自主選擇移動的方向。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們開發(fā)了一個框架，允許機器人在水下與設(shè)備進行無線通信。這為帕特里克提供了額外的功能，使其不僅依賴于構(gòu)成其主體的相對廉價的硬件組件，還允許它自主地感知其環(huán)境并執(zhí)行計算。
帕特森和同事們開發(fā)的這一軟機器人的另一個有趣特性是，它可以在水下執(zhí)行各種各樣的可能的動作，因為它的腿是由幾個可以以不同方式重新排列的SMA“肌肉”組成的。這在移動軟機器人中比較少見，它們通常只能做一些簡單的動作或移動方式。
在未來，這個由研究小組開發(fā)的以海蛇尾為靈感的機器人可能會有許多有用的應(yīng)用。例如，它可以用來進行地質(zhì)勘探，實現(xiàn)微創(chuàng)的生態(tài)或生物采樣。此外，帕特森和他的同事希望帕特里克也能幫助研究海蛇尾運動背后的機制。
“在接下來的研究中，我們將試驗更多的控制和規(guī)劃算法，開發(fā)用于控制的機器學(xué)習(xí)方法，并在結(jié)構(gòu)中安裝傳感器，使機器人能夠處理更廣泛的有用任務(wù)。” 帕特森說，“正如我們在最初的目標(biāo)中提到的，我們還計劃使用帕特里克來更好地理解海蛇尾的移動和水下行走。”
