软机器人技术的进步可能有一天会让机器人与人类一起工作，帮助它们举起重物或将它们带离危险。作为迈向未来的一步，斯坦福大学(Stanford University)的研究人员开发出了一种新型的软机器人，它借鉴了传统机器人的特点，既安全又能保持移动和改变形状的能力。
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斯坦福大学(Stanford)机械工程学研究生内森·乌塞维奇(Nathan Usevitch)说，“大多数软机器人的一个重大限制是，它们必须连接到一个庞大的空气压缩机上，或者插在墙上，这阻止了它们的移动。”“所以，我们想知道:如果我们一直在机器人体内保持相同数量的空气会怎么样?”
从这个出发点出发，研究人员最终设计出了一个可以改变形状的人类规模的软机器人，它可以抓取和操纵物体，并向可控制的方向滚动。他们的发明发表在3月18日出版的《科学机器人》杂志上。
“我给人们随意描述的这个机器人是《超能陆战队》和《变形金刚》中的大白。换句话说，一个柔软的、人类安全的机器人与可以显著改变其形状的机器人混合在一起，”乌塞维奇说。
许多机器人的组合
这个粘糊糊的机器人最简单的版本是一个充气管，通过三个小机器把它捏成一个三角形。一台机器把管子的两端连在一起;另外两个机器人沿着管道行驶，通过移动机器人的角来改变机器人的整体形状。研究人员称它为“等周机器人”，因为尽管形状变化很大，但边缘的总长度——以及内部的空气量——保持不变。
等周机器人抓球和拿球的俯视图。(图片来源:Farrin Abbott)
等周机器人是软机器人、桁架机器人和集体机器人三种类型机器人的后代。软式机器人重量轻、顺应性好，桁架机器人有可以改变形状的几何形状，集体机器人是一起工作的小型机器人，这使它们在面对单部件故障时特别强大。
“我们基本上是在用传统的发动机操纵一个软结构，”机械工程助理教授、该论文的联合高级作者肖恩·福尔默(Sean Follmer)说。“这是一个非常有趣的机器人类别，它结合了软机器人的许多优点，以及我们对更经典的机器人的所有知识。”
为了制造一个更复杂的机器人，研究人员简单地将几个三角形连接在一起。通过协调不同电机的运动，它们可以使机器人做出不同的行为，比如通过三面吞噬捡起一个球，或者改变机器人的质心使它滚动。
“让我兴奋的是，这个机器人实际上是一组单独的机器人滚轴，它们一起移动机器人并改变它的形状，”航空航天学助理教授、这篇论文的合著者麦克施韦格(Mac Schwager)说。这有助于使它成为一个适应性强、鲁棒的系统
加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)机械工程助理教授、该论文的联合高级作者艾略特·霍克斯(Elliot Hawkes)说，“我们得出的一个关键结论是，要用一个大型、柔软的气动机器人来创造运动，你实际上不需要把空气抽进抽出。”“你可以利用现有的空气，通过这些简单的发动机来移动空气;这种方法更有效，让我们的机器人移动得更快。”
从外太空到你的客厅
软机器人领域相对年轻，这意味着人们仍在寻找这些新发明的最佳应用。它们安全而坚固的柔软性可能会使它们在家庭和工作场所有用，而传统的机器人可能会在这些地方造成伤害。粘糊糊的机器人也很适合作为灾难应对工具。
研究生Zachary Hammond(左)和Nathan Usevitch拿起并移动等周度机器人，证明了它的重量轻、抗损伤和安全。(图片来源:Farrin Abbott)
等周机器人的其他令人兴奋的可能性可能在行星外。“这个机器人在太空探索中可能真的很有用——尤其是因为它可以被装在一个小包裹里运输，然后在充气后不受束缚地运行，”斯坦福大学机械工程研究生扎卡里·哈蒙德(Zachary Hammond)说，他与Usevitch是这篇论文的联合第一作者。“在另一个星球上，它可以利用其变形能力穿越复杂的环境，挤过狭小的空间，跨越障碍。”
目前，研究人员正在试验不同形状的柔韧机器人，并考虑将其放入水中，看看它是否会游泳。他们还在探索更多新型的软机器人，每一种都有自己的特点和优点。
“这项研究突显了思考如何以新方式设计和制造机器人的力量，”机械工程教授、论文合著者艾莉森·奥卡姆拉(Allison Okamura)说。“通过这种系统，机器人设计的创造性正在扩大，这是我们在机器人领域真正想要鼓励的东西。”
Follmer和Okamura都是Stanford Bio-X的成员。Okamura也是吴仔神经科学研究所的成员。
这项研究是由国家科学基金会和国防高级研究计划局资助的。
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新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.stanford.edu/2020/03/18/squishy-shape-changing-bot-roams-untethered/