加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的Bioinspired机器人实验室近期开发出一款新型低成本机器人。该机器人在没有电子设备的情况下,只需添加一盒压缩气体,就可以实现行走功能,并且可以使用一次性材料通过3D打印进行制造。相关研究成果发表于《先进智能系统》
研究人员使用了最简单的技术:一台台式3D打印机和一种现成的打印材料。这种设计方法不仅坚固耐用,而且成本低廉--每个机器人的制造成本约为20美元。
这些机器人可用于电子设备无法工作的环境。例如,可用于强辐射区域的科学侦察,或用于灾难响应或太空探索。研究人员在实验室中对机器人进行了测试,结果表明,只要它们在恒定压力下连接到空气或气体源,它们就可以不间断地运行三天。该团队还表明,机器人可以使用压缩气瓶作为动力源,不受束缚地在户外行走,并穿越不同的表面,包括草皮和沙子,甚至可以在水下行走。
加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该论文的资深作者迈克尔-托利(Michael Tolley)表示,“这是一种完全不同的机器制造方式”。“我们的目标不仅是设计出可以通过添加空气电源直接从打印机上行走的机器人,而且还要使用柔性、柔软的材料来做到这一点”
团队最大的挑战在于如何在一次打印中设计出包括人工肌肉和控制系统的设计,而所有这些都是用同一种软材料打印出来的。在加州大学圣地亚哥分校Tolley研究小组的博士后学者Yichen Zhai领导下,研究团队采用了以前用于制造无电子抓手的3D打印技术。经过努力,他们制造出了一个六足机器人。
为了驱动机器人移动,该团队创建了一个气动振荡电路来控制软致动器的重复运动,类似于驱动机车蒸汽机的机构。该回路通过在正确的时间提供气压来协调六条腿的运动,在两组三条腿之间交替。机器人的腿能够在四个自由度上移动——上下、前后,这反过来又允许机器人沿直线行走。
接下来的研究方向包括寻找在机器人内部储存压缩气体的方法,以及使用可回收或可生物降解的材料。研究人员还在探索为机器人添加机械手(如抓手)的方法。