工程师构建多腿群体机器人

诺特丹大学的一位研究人员开发了可以在困难环境中行驶并作为群体完成复杂任务的多腿机器人。

该研究发表在 科学机器人学 上。

耶瑟明·奥兹坎-阿伊丁是该大学电气工程系的助理教授，她是新机器人的创造者。

“腿部机器人可以在崎岖地形和狭窄空间中行驶，使用肢体可以提供有效的身体支撑，实现快速机动性和障碍物穿越，”奥兹坎-阿伊丁说。“但是，腿部机器人在陆地环境中面临独特的机动性挑战，这导致了降低的运动性能。”

增强机动性

奥兹坎-阿伊丁假设个别机器人之间的物理连接可以增强陆地腿部集体系统的机动性。通过将个别机器人连接起来形成多腿系统，它们可以集体克服挑战，而不是单个机器人完成小任务。

“当蚂蚁收集或运输物体时，如果一个蚂蚁遇到障碍，群体将共同克服该障碍。如果路径中有间隙，例如，它们将形成一座桥梁，以便其他蚂蚁可以通过——这就是这项研究的灵感，”她说。“通过机器人，我们能够更好地理解这些生物系统的动态和集体行为，并探索如何在未来使用这种技术。”

构建机器人

奥兹坎-阿伊丁使用 3D 打印机构建了四腿机器人，长度为 15 至 20 厘米。每个机器人由锂聚合物电池、微控制器和三个传感器组成。前面有一个光传感器，前后有两个磁性触摸传感器，可以使它们相互连接。

通过添加四条柔性腿，机器人不需要那么多传感器和部件，并且可以与粗糙或不平的地形进行交互。

“您不需要额外的传感器来检测障碍，因为腿部的柔性可以帮助机器人直接通过它们，”奥兹坎-阿伊丁说。“它们可以测试路径中的间隙，使用身体构建桥梁；单独移动物体；或连接以在不同环境中集体移动物体，不同于蚂蚁。”

机器人在各种表面上进行了测试，例如草、木屑、树叶和橡果。平面实验涉及颗粒板和带有绝缘泡沫的楼梯，其他测试包括绒毛地毯和矩形木块。

如果单个机器人卡住，它会向其他机器人发送信号。这些机器人然后链接在一起，以便在工作时相互支持并克服障碍。

根据奥兹坎-阿伊丁的说法，新的研究可以帮助设计低成本的腿部群体，它们可以适应意外情况并执行合作任务，例如搜索和救援任务、集体物体运输和太空探索。她现在将专注于提高系统的控制、感知和电力能力。

“对于功能性群体系统，电池技术需要改进，”她说。“我们需要小型电池，可以提供更多电力，理想情况下可以使用超过 10 小时。否则，使用此类系统在现实世界中是不可持续的。”其他限制包括需要更多传感器和更强大的电机——同时保持机器人的尺寸小。

“您需要考虑机器人在现实世界中如何运行，因此您需要考虑所需的电力、使用的电池尺寸。所有内容都受到限制，因此您需要对机器的每个部分做出决定。”