工程师从自然中汲取灵感开发柔性机器人抓握器

佐治亚大学的工程师们遵循了越来越多地从自然中汲取灵感来开发机器人的模式。虽然通常是动物的特征，如章鱼的触臂，但这次，团队的目光转向了豇豆，以开发柔性机器人抓握器。对于研究人员来说，豇豆和其他缠绕植物最具灵感的特征是它们的触觉敏感的嫩芽，这些嫩芽用于缠绕支撑物。佐治亚大学团队开发的机器人可以以类似的方式行事，牢固但轻柔地抓住直径小至一毫米的物体。梅布尔·福克（Mable Fok）是副教授，也是该研究的首席作者。“我们尝试了不同的设计，但我们对结果并不满意，后来我想起了几年前在我们花园里种植的豇豆，”福克说。“这种植物可以牢牢地抓住其他植物或绳子。所以，我对缠绕植物进行了一些研究，并认为这是我们可以探索的自然设计。”新研究发表在《光学快报》》杂志上。该团队还包括梅伊·杨（Mei Yang）和宁·刘（Ning Liu），工程学博士生；利亚姆·保罗·库珀（Liam Paul Cooper），计算机系统工程的本科生；以及谢恩乔·王（Xianqiao Wang），工程学院的副教授。“我们的机器人的缠绕动作只需要一个气动控制，这大大简化了其操作，消除了对多个气动控制之间复杂协调的需求，”福克继续说。“由于我们使用独特的缠绕运动，柔性机器人抓握器在狭小的空间中工作良好，只需要一个小的操作空间。”

机器人设备

佐治亚大学设备的另一个独特方面是嵌入式传感器，它提供了关键的实时反馈，这使其领先于市场上的其他机器人。“我们在机器人的弹性脊柱中间嵌入了一个光纤传感器，可以感知缠绕角度、目标的物理参数以及可能导致目标松动的任何外部干扰，”福克说。柔性机器人抓握器略长三英寸，由硅胶制成。研究人员认为它可以应用于农业、医学和研究等领域。具体应用包括包装易碎的农业产品，如植物，外科机器人和处理玻璃管中的研究样本。该研究证明了柔性机器人抓握器在抓握铅笔和油漆刷等物体时的有效性。它可以处理直尺上的一根细线。除了有效之外，该设备还具有优异的重复性，高缠绕精度和精确的外部干扰检测。该团队现在将致力于改进自动反馈控制，光纤传感器的读数将为此提供见解。他们还将努力将设计缩小，使其更适合作为生物医学设备。“这种带有嵌入式光纤传感器的缠绕柔性机器人构成了更全面柔性机器人的基础。具有更简单的设计和控制绝对是一个优势，”福克说。