在日前的机器人领域顶级会议ICRA上,前MIT Daniela Rus团队成员,现宾夕法尼亚大学教授 Cynthia Sung带来了一种机器人可控结构制作新方法,能够使2D长条材料在热水中自动折叠成所需的3D状态。

为了演示用这种新方法来制造符合可控要求的机器人结构,如上图所示,研究人员构建了兔子、金枪鱼和海星的自折叠3D模型。浸泡在热水中后,结构从平板状态折叠起来变成图示结构。

在过去几年的机器人制造领域,可以自主生成的机器人(特别是柔性机器人)结构的制造是一个不断升温的话题。现在有许多研究来设计用3D打印的方法制造软体机器人,但通过该快速成型方法制成的机器人往往需要高度可变形的材料制成,并且只有选择正确合适的制造方式才可以完成需要的效果。Cynthia Sung带来的方法则从另一角度出发,为软体机器人的制造提供了一种可操作的新方案。

关于制作过程,操作者可以从3D计算机建模出发,将其用软件进行分层,保证每一层都与上下两层相连。设计好之后,可以将它打印出来。经过预折叠会有一个长而细的条纹,一旦将条带放入几乎沸水中,PVC就会加热然后收缩并且几乎立即将条纹折叠成锯齿形,只需几秒钟即可完成它的最终形状。

该软件还包括一个选项,可以以由线制成的对抗肌腱的形式添加一些动作,这种动作会使结构的一侧发生挤压,同时允许另一侧弹起,从而产生受控的曲线。

如上图所示,研究人员用该技术来设计和制造一个复杂的机器人海星,其中五个腿(也可以称作手臂)使用四个肌腱在两个维度上被控制运动。该模型具有由伺服电机控制的腱使其执行不同运动(b)-(g)。 

应用方面,除了制作这样的复杂机器人,还可以快速便捷地实现相对简单结构的自主制造。如在太空旅行或行星探测的背景重量和体积受到限制的情况下,使用者可以携带材料和切割器进行机器人的制作,而在不需要他们的时候只需将其压扁还原成本来的平面结构就可以了。

科学家发明可在热水中自动折叠的软体机器人

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