成长为解决方案

想象紧急救援人员到达倒塌建筑的现场。他们没有派出搜救犬只在海面搜寻幸存者，而是在残骸堆附近放置了一个小圆筒，然后扳动开关。一管柔软的材料，在内部折叠，类似于一只由内而外的袜子，深入到碎石堆的深处，在狭窄的角度中航行，像快速移动的藤蔓一样滑行。从另一端的一个圆柱体中泵入的加压空气，使vine机器人得以生长，推动管道穿过更多塑料管的中心。安装在机器人顶端的摄像头可以让救援人员看到狭小的空间;它身上的传感器可以引导它找到深埋在废墟中的幸存者。

从帮助救灾工作到帮助神经外科医生移除中风患者大脑中的血块，这个软机器人具有巨大的科学、教育和社会价值。加州大学圣巴巴拉分校机械工程助理教授艾略特w霍克斯(Elliot W. Hawkes)与斯坦福大学(Stanford University)的同事开发了这项技术。因此，他现在获得了美国国家科学基金会(National Science Foundation)颁发的著名的早期职业成就奖。霍克斯将获得超过60万美元的资金，通过国家科学基金会的教师早期职业发展项目来追求科学进步。

2017年加入UCSB工程学院的霍克斯说:“赢得NSF职业奖是一个令人难以置信的荣誉。”“我感到非常幸运，也非常感谢一路上帮助我的所有导师。”

UCSB工程学院院长罗德·阿尔弗内斯表示:“我们非常自豪艾略特·霍克斯教授获得这个重要的、当之无愧的NSF终身成就奖，该奖项表彰了他高度创新的机器人研究，并支持他未来的努力。”埃利奥特是工程师解决问题和解决方案的创造者。我们向他表示衷心的祝贺。”

霍克斯说，他办公室书架上的一根藤蔓启发了这款软机器人，科学机器人公司将其命名为2019年“年度十大机器人技术”之一。

他回忆说:“我注意到藤蔓长得很慢，但很刻意地绕过架子的一角，以便接触阳光。”“就在那时，我意识到，像葡萄藤一样，通过生长来驾驭环境，是机器人移动的一种引人注目的方式。”这与动物的移动方式有很大不同，但也有有趣的限制和好处。”

近年来，霍克斯和他的团队对vine上的机器人进行了测试。他们设计了一个障碍赛，要求藤蔓机器人穿过胶水、钉子和冰。一个机器人在下降的天花板上方生长时，将一根电缆穿过身体。在秘鲁古庙的一次考古挖掘中，他们还帮助发现了有3000年历史的隧道，里面有陶器和人类遗骸。

美国国家科学基金会职业奖将允许霍克斯设计新的机器人，通过更好地了解控制藤蔓机器人运动的因素，来实现潜在的救生应用。藤蔓机器人因其植物般的扩展和生长机制而面临独特的挑战。

霍克斯将研究藤蔓机器人在自由空间中尺寸、速度和转向动力学的基本限制。分析模型之后，将进行假设驱动的实验，以检查不同的葡萄树材料的作用。他还计划研究vine机器人在不同环境下的互动行为。他将研究一个机器人在没有预先设定的路径的情况下，穿过既存的路径(如隧道或血管)和介质(如土壤和沙子)时的动作。

“通过这些调查,我们希望解释底层物理原则,将提高我们理解这种类型的运动实现令人兴奋的新申请葡萄机器人和造福人类在家里打开大门,工作场所,医院,紧急情况,”霍克斯说,他收到了机械工程部门的年度教师奖在2018 – 19所示。

霍克斯对两种设计特别感兴趣:一种是穴居藤蔓机器人，另一种是医用藤蔓机器人。这个穴居的藤蔓机器人将通过从它的顶端喷出水或空气来创造一条道路，从而使地下导航成为可能。外科医生可以使用医用藤蔓机器人安全地进入身体内部的一个点进行诊断和治疗，同时对病人造成的创伤很小。霍克斯说，由于机器人的耐用性和适应性，它们可能会对许多研究领域产生革命性的影响。

“穴居机器人可以帮助地质学家调查土层，考古学家探索被掩埋的废墟，环境学家研究土壤污染，生物学家探索地下洞穴，工作人员在道路或建筑物下铺设电缆，紧急救援人员在自然灾害中定位幸存者，”霍克斯说。“医用vine机器人可以改变泌尿学和神经学等领域的微创手术，在血管内手术中使用，甚至可以长到肺部，彻底改变紧急气管插管。”