作為一名機(jī)器人工程師，圣母大學(xué)電氣工程助理教授Yasemin Ozkan-Aydin從生物系統(tǒng)中獲得靈感。螞蟻、蜜蜂和鳥類解決問題和克服障礙的集體行為是研究人員在空中和水下機(jī)器人技術(shù)中開發(fā)的。然而，開發(fā)能夠穿越復(fù)雜地形的小型群體機(jī)器人面臨著一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn)。
在Science Robotics 上發(fā)表的研究中，Ozkan-Aydin 展示了她如何能夠構(gòu)建多腿機(jī)器人，這些機(jī)器人能夠在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中機(jī)動(dòng)并集體完成艱巨的任務(wù)，模仿自然世界的同行。
Ozkan-Aydin 說：“腿式機(jī)器人可以在崎嶇地形和狹小空間等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中航行，四肢的使用提供了有效的身體支撐，實(shí)現(xiàn)了快速機(jī)動(dòng)性并促進(jìn)了障礙物的穿越。”“然而，有腿機(jī)器人在陸地環(huán)境中面臨著獨(dú)特的移動(dòng)挑戰(zhàn)，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性能下降。”
Ozkan-Aydin 說，在這項(xiàng)研究中，她假設(shè)單個(gè)機(jī)器人之間的物理連接可以增強(qiáng)陸地有腿集體系統(tǒng)的移動(dòng)性。單個(gè)機(jī)器人執(zhí)行簡(jiǎn)單或小的任務(wù)，例如在光滑的表面上移動(dòng)或搬運(yùn)輕物體，但如果任務(wù)超出單個(gè)單元的能力，則機(jī)器人彼此物理連接以形成更大的多腿系統(tǒng)并集體克服問題。
“當(dāng)螞蟻收集或運(yùn)輸物體時(shí)，如果遇到障礙，該群體會(huì)集體努力克服該障礙。例如，如果路徑中有間隙，它們將形成一座橋梁，以便其他螞蟻可以穿越——這就是這項(xiàng)研究的靈感，”她說。“通過機(jī)器人技術(shù)，我們能夠更好地了解這些生物系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和集體行為，并探索我們未來如何使用這種技術(shù)。”
Ozkan-Aydin 使用 3D 打印機(jī)制造了長(zhǎng)度為 15 到 20 厘米，或大約 6 到 8 英寸的四足機(jī)器人。每個(gè)都配備了鋰聚合物電池、微控制器和三個(gè)傳感器——前面有一個(gè)光傳感器，前后有兩個(gè)磁性觸摸傳感器，允許機(jī)器人相互連接。四個(gè)靈活的腿減少了對(duì)額外傳感器和零件的需求，并為機(jī)器人提供了一定程度的機(jī)械智能，這有助于在崎嶇或不平坦的地形上進(jìn)行交互。
“您不需要額外的傳感器來檢測(cè)障礙物，因?yàn)橥炔康撵`活性有助于機(jī)器人直接越過障礙物，”Ozkan-Aydin 說。“他們可以測(cè)試路徑上的縫隙，用身體搭建一座橋梁;單獨(dú)移動(dòng)物體;或連接以在不同類型的環(huán)境中共同移動(dòng)物體，與螞蟻沒有什么不同。”
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