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形狀變化的機(jī)器人通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的身體和抓手來(lái)適應(yīng)環(huán)境

形狀變化的機(jī)器人通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的身體和抓手來(lái)適應(yīng)環(huán)境

機(jī)器人有各種方法來(lái)改變它們的形狀，從這個(gè)意義上說(shuō)，你可以使用剛性部件和執(zhí)行器來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)可以從一種形狀變成另一種的機(jī)器人。不過(guò)，這樣的系統(tǒng)不可避免地高度復(fù)雜，通常需要大量的質(zhì)量和大量的能量來(lái)切換到你想要的形狀，然后保持這種形狀。

本周，我們看到幾篇論文強(qiáng)調(diào)了不同的形狀轉(zhuǎn)換機(jī)器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)依靠巧妙的折紙靈感設(shè)計(jì)在不同的配置之間快速轉(zhuǎn)換，用最少的硬件獲得最大的實(shí)用性。

通過(guò)可逆可塑性進(jìn)行形狀變形的機(jī)械超材料，它展示了一種復(fù)合材料，能夠從平板過(guò)渡到復(fù)雜的形狀，使用相變金屬骨架進(jìn)行可轉(zhuǎn)換的剛性。這種材料是由一種彈性材料制成的，其中的切割圖案（一種類似于折紙的技術(shù)，稱為kirigami，它使用切割而不是折疊）決定了彈性材料變形的形狀。夾在彈性體片材中的是一個(gè)由62℃熔化的金屬合金制成的骨架，以及一個(gè)靈活的加熱元件。將骨架加熱到其液化的程度，允許片材變形，然后當(dāng)骨架冷卻并凝固時(shí)再次凍結(jié)，這一過(guò)程可能需要幾分鐘。但是一旦完成，它就會(huì)很穩(wěn)定，直到你想再次改變它。

如果一下子施加一堆力，材料能夠更快地過(guò)渡，拉伸彈性體和金屬骨架，而不破壞它們，并使它們?cè)诹Ρ灰瞥�后凍結(jié)在原地。加熱仍然使一切恢復(fù)正常（更慢一點(diǎn)），但通過(guò)在材料內(nèi)集成一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的膜，你可以引入加壓空氣，并讓它在幾分之一秒內(nèi)迅速 "彈 "成形狀。研究人員用一個(gè)載貨的小潛艇做到了這一點(diǎn)，該潛艇用一個(gè)貨鏟從平坦變成了彎曲。

該圖顯示了分層材料，通過(guò)一個(gè)循環(huán)（B）來(lái)驅(qū)動(dòng)，以制作一個(gè)可變形的潛艇�？茖W(xué)機(jī)器人

由波士頓東北大學(xué)的研究人員（包括Sam Felton，他在折紙機(jī)器人方面的工作我們以前寫過(guò)）撰寫，題為 "Shake and Take: 一個(gè)折紙抓手的快速轉(zhuǎn)換"。它展示了一個(gè)抓手的設(shè)計(jì)，由于折紙手指在幾種不同的配置下是穩(wěn)定的，它可以從字面上搖身一變成為三種不同的抓取類型。

手指是欠驅(qū)動(dòng)的，每個(gè)手指的底部都有一個(gè)單一的馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)折疊或展開(kāi)運(yùn)動(dòng)。捏、包和中性（直）抓之間的轉(zhuǎn)換是有順序的，由仔細(xì)控制的抓手搖動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使手指的一些折紙褶皺從 "山 "形褶皺扣到 "谷 "形褶皺，改變手指的運(yùn)動(dòng)方式。要做到這一點(diǎn)需要恰到好處的力量，以便正確的褶皺被轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。特別是，在視頻的最后，兩個(gè)手指從纏繞模式轉(zhuǎn)為夾持模式的過(guò)渡需要以每秒約1米的峰值速度搖動(dòng)一次，然后旋轉(zhuǎn)，再以每秒約0.3米的峰值速度搖動(dòng)一次。

就像第一篇論文中的變形材料一樣，這個(gè)抓手最酷的地方在于它的靈活性和剛性的結(jié)合，使它在需要的時(shí)候可以有效地變形，而不影響它以可預(yù)測(cè)和可控制的方式與周圍世界進(jìn)行有力的互動(dòng)。像這樣的方法似乎很可能最適合于相對(duì)特定的利基應(yīng)用，但在這些利基應(yīng)用中，變形機(jī)器人可能比我們認(rèn)為的傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)更有效、更靈活。