柔软的机器人,不插电

这是一种充满活力的气球艺术:一种气动的、可以改变形状的软机器人，能够在不需要固定电源的情况下在环境中导航。

由加州大学圣巴巴拉分校机械工程教授艾略特·霍克斯(Elliot Hawkes)的研究小组开发的这款机器人，也是将软机器人引入人类环境的重要一步。在人类环境中，软机器人的特性非常适合与人交流或与人相处。

霍克斯的论文发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上，他说:“我们试图解决的主要挑战是制造出一个人尺度的软机器人。”他解释说，迄今为止，大多数软机器人都比较小，通常被拴在墙上以获取动力或压缩空气。但是，如果他们能够制造出一个足够大、足够强、能够执行人类尺度的交互、足够独立、能够在各种非结构化的环境(如灾区)中导航的软机器人呢?

等周度的软机器人登场了，这是一个大约四英尺高的气动机器人，它可以通过变形它的柔软的充气织物管来移动，同时保持它的周长不变。

“这个想法是，你可以通过使用简单的马达沿着管道驱动来改变软机器人的形状，而不是使用通常使用的缓慢、低效的泵，”霍克斯说，他在斯坦福大学期间进行了这篇论文的研究。

等周度机器人实际上是来自三个不同机器人领域的概念的组合——软机器人、桁架机器人和集体机器人——它们共同创造了新的能力。柔软的纤维管可以让机器人在不规则的表面上移动，并根据需要进行变形，而且重量轻而强度高。这些发动机还可以通过三自由度的万向节相互连接，从而创造出桁架状的结构，能够支撑重量，并允许在三维空间中运动。而让这些管子弯曲的电机“节点”本身就是小型、简单的集体机器人，它们一起沿着纤维管滚动，并通过挤压形成不同角度的关节。

也许最值得注意的是，这个机器人不需要充气和充气来移动，不需要连接外部固定的气源，也不需要笨重的车载泵。电动机由小电池供电。

“我们正在想办法让它不受束缚，我们意识到我们不需要把空气抽进抽出;我们真正需要做的是移动周围的空气，”霍克斯说。事实上，这是该团队面临的主要设计挑战之一。

“事实证明，当你有空气时，即使是在相对较低的压力下，也会产生巨大的力，”他说，因此很多工程实际上是为了创造沿着管道滚动的节点，并通过挤压来创造关节。霍克斯补充说，这样做的好处是，与在充气和放气的过程中相比，机器人的操作速度更快，更无缝。

研究人员设想了这种机器人的多种用途。例如，在一个倒塌的建筑场景中，它可以平直地爬进狭小的空间，然后重新配置成一个三维桁架，以创造空间并支撑重量。对于行星探索来说，它的重量轻，可以在不确定的地形中航行。它可以捡起甚至操纵负载，而且它的软特性允许它与人类一起工作。其简单、模块化的结构允许学生和其他机器人建造者创建各种各样的机器人，它们的形状不同，用途也不同。

总的来说，机器人的大小、运动的自由度、力量和在现实场景中的实用性代表了霍克斯和他的团队认为将会有益的关注点类型。霍克斯说，软机器人研究是一项新的、令人兴奋的研究，而且正在起步。

“但作为一个领域，我们需要批判性地思考每个研究项目提供了什么贡献，它解决了什么问题，或者它如何推进这个领域，”他说，“而不是仅仅做另一个很酷的小发明。”

Nathan S. Usevitch和Zachary M. Hammond(主要作者)也对本文进行了研究;还有来自斯坦福大学的Allison Okamura, Mac Schwager和Sean Follmer。