盖世汽车讯 据外媒报道,韩国研究团队以虾和跳蚤为灵感来开发新一代机器人技术,利用柔软的橡胶状材料产生强大的运动。
首尔国立大学(Seoul National University)工程学院软体机器人研究中心Kyu-Jin Cho教授带领团队开发“超弹性扭矩反转机制(HeTRM)”。这种新机制是一系列受昆虫启发机器人技术的最新成果。
微小生物拥有巨大的力量
尽管这些微小的生物通常不引人注意,但螳螂虾和跳蚤却拥有令人难以置信的力量。螳螂虾能够以90 km/h的速度杀死猎物,而跳蚤跳跃高度可达自身体长的200倍。因此,这些生物的独特能力激发了科学家和工程师们模仿它们的构造。
Cho表示:“这些生物能利用柔软的身体产生强大的力量,其秘密在于‘扭矩反转机制’,这能够瞬间切换通过肌肉施加给四肢的旋转力的方向。以前,我们的研究团队开发了受跳蚤启发的机器人,在陆地和水上都能实现高跳跃。而这项最新研究尤其重要,因为最新技术可以在柔软的橡胶状结构中实现强大的性能。”
将超弹性材料用于机器人技术
在该团队探讨的“超弹性扭矩反转机制”中,超弹性材料是核心元素。利用材料在压缩时变硬的特性,研究人员发现柔性关节的一侧会不断积累压缩能量,直至达到临界阈限,此时所有存储的能量都会立即释放。通过简单的结构将电机连接到灵活的关节上,就可以产生类似纤毛(cilia)的强大的重复运动。
Cho表示:“当分析这一现象时,我发现这种结构转变的运作方式与自然界中的纤毛功能类似。纤毛是在自然界中发现的一种生物结构设计,利用相变产生高效且重复的运动。受这种自然设计的启发,我意识到将纤毛原理应用于软体机器人可以创造出新型运动模式,且无需复杂的机械结构。这一发现成为启动这项研究的基础和动机。”
展示机器人技术的未来
在实际演示中,该团队证明了该原理的多种应用。示例之一是一个柔性机械夹持器能够立即抓住下落的乒乓球。在另一示例中,他们开发了能够穿越挑战性地形(如沙地)的机器人。此外,一个机器人展示了类似于章鱼触手的能力。最后,研究人员展示了一种机械保险丝,当结构遇到一定的意外压力时,该保险丝就会自动熔断。
Cho表示:“我们的机器人由柔软、有弹性的材料制成,有点像橡胶。其内部有一个特殊的部分,可以储存并立即释放能量,从而让机器人移动得超级快。它的工作原理有点像弯曲的树枝迅速弹回来,或者跳蚤实现远距离跳跃。这个机器人不仅可以像手一样抓取物体、还能在地板上爬行,甚至进行高度跳跃,而所有动作都仅依赖于简单的驱动力。”
机器人技术的发展
在概念验证完成后,Cho计划将这项技术拓展至其他不同规模和环境的应用领域。为了促进新维度发展,研究人员将主要关注增强性能分析,其中将涉及复杂的剪切应力建模和有限元分析,以更精准地模拟产品对力(热量和振动等)的物理反应。
Cho表示:“此外,我们将把HeTRM应用于更大的系统或复杂的多关节软体机器人,以增强实用性;并通过对超弹性材料进行性能优化和利用多种材料,以提高该机制的效率和耐久性。我们还鼓励其他研究人员将弹跳效应等非线性动态机制(如snap-through)纳入软体机器人设计。这些方法将在开发节能和多功能的软体机器人系统方面发挥重要作用。”
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