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厉害了!仿生学的一大成就,让机器人完成多个仿生动作!

2020-01-10
来源:消费日报
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人工智能和机器人体系结构通常受人类和动物自然界中存在的模式的启发。通过多种变形机制,例如化学溶胀,皮肤拉伸或折纸变形,科学家们已在机器人中复制了在动物中观察到的运动模式。
 
大自然通过独特的运动模式表现出自适应和极端的形状变形。它们中的许多已通过整体形状改变机制进行了解释,例如化学溶胀,皮肤拉伸,折纸/折纸变形或几何外翻,已成功地模拟了人工类似物。但是,仍然存在未经探索的自然变形机制,无法通过“单模”变形机制在人工系统中进行复制。一个例子是动物们的的“双模”变形(流程动作变形),例如鹈鹕鳗就先展开然后膨胀,之后以最大程度地吞噬猎物。
 


 
韩国首尔国立大学软件机器人研究中心和葡萄牙的雷比科夫-尼格勒基金会(FRN)的研究人员最近开发了一种机器人结构,其结构灵感来自于生活在深海中的鱼类鹈鹕鳗。在《科学机器人》杂志上发表的一篇论文中介绍了他们的机器人结构,这是受动物或自然现象启发的一系列设计中的最新设计。
 
为了验证这个设计规则的有效性,科学家构建了一个模仿鹈鹕鳗鱼并复制仿生双重形态行为的人工生物。通过将基本的双变形单位细胞组合到传统的折纸框架中,科学家展示了软机的体系结构,这些体系结构展示了部署-组合的自适应抓取,爬行和大范围的水下运动。此设计原则可以为设计生物启发,自适应和极端形状变形系统提供指导。
研究的通讯作者和首席研究员Prof. Kyujin Cho教授告诉作者:“在过去的几年中,我们一直致力于研发几个仿生机器人,包括受到水黾启发的机器人和水面跳跃机器人,这些成果都发表在科学,以及受折纸灵感启发的变形机器人和软体机器人等也都是我们的发明,我们认为这个可拉伸折纸的研究可以被称之为是我们对先前作品的结合体。”
 
在研究鹈鹕鳗鱼如何膨胀嘴巴时,Cho和他的同事假设可以使用折纸展开和柔软的皮肤拉伸技术将这种行为复制到机器人中。这激发了他们设计由可拉伸和柔软的材料制成的基于折纸的架构,从而使机器人的形状发生实质性的变化。
 
到目前为止,大多数研究团队已经使用软材料或基于折纸的设计开发了机器人。软机器人与基于折纸的架构之间的主要区别在于,前者通过拉伸皮肤来改变形状,而后者则通过展开折痕来改变形状,就像日本的折纸艺术一样。
 


 
当试图吃猎物时,鹈鹕鳗鱼会表现出极其独特的运动,包括展开其折痕和使其嘴膨胀。在他们的研究中,Cho及其同事着手将折纸启发的技术与软材料的使用相结合,从而在机器人体系结构中复制这种行为。
 
研究的第一作者,机器人体系结构的主要设计者Woongbae Kim解释说:“我们的可拉伸折纸完全由可拉伸材料制成,因此体现了展开和拉伸的变形模式。” “与其他复制了整体形状改变机制的受生物启发的体系结构相比,双重变形原理可以通过两种不同的功能运动实现极端的形状变形。”
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