磁力驱动软体机器人实现高速跳跃

Josiah02 · 发表于 2024-9-19 12:13:58

从昆虫到两栖动物和鱼类等许多动物物种都以跳跃作为在周围环境中移动的手段。跳跃对这些动物来说非常有利，例如，让它们能够到达更高的树枝、迅速逃离捕食者或更快地穿越长距离。
许多机器人专家一直在尝试开发能够复制动物跳跃运动方式的机器人，因为这些机器人可能具有有趣的现实世界应用。通过跳跃，机器人可以在复杂的地形上移动得更快，并进入它们原本无法到达的表面或环境。
近年来推出的跳跃机器人采用各种驱动方法，包括介电弹性体、液晶弹性体和软致动器。虽然其中一些机器人取得了令人鼓舞的成果，但大多数机器人被发现在跳跃高度和速度方面都落后于跳跃能力极强的生物体。
中国浙江大学的研究人员最近开发出一种新型超快磁驱动双稳态软跳跃器，该跳跃器展现出了先进的跳跃能力。该跳跃器发表在《科学机器人》杂志上，研究人员发现，它能够实现不同的跳跃运动方式，比过去推出的同类机器人系统跳跃得更高、更快。
图片来源：唐道凡
软跳伞器，例如这些研究人员开发的系统，是基于弹性和可变形的材料制成的，这些材料通常具有更大的抗冲击性，可防止机器人在跳跃时受到损坏。然而，许多现有的基于软材料的跳伞器在对刺激的反应速度和从地面起飞的速度方面被发现是有限的。
唐道凡、张成乾及其同事在论文中写道：“我们报告了一种磁驱动的超快双稳态软跳跃器，与之前的软跳跃机器人相比，它具有良好的跳跃能力（跳跃高度超过 108 倍，起跳速度超过 2 米/秒）和快速响应时间（不到 15 毫秒）。”双稳态之间的突然转换形成了一个可重复的循环，可利用储存的弹性能量的超快释放。
研究人员制作了不同尺寸的跳伞器原型，发现体型较小的跳伞器受空气阻力的影响更大，因此他们跳得没有体型较大的跳伞器高。尽管如此，无论体型大小，跳伞者的起跳速度都保持相似。
双稳态软跳线示意图。图片来源：唐道凡
值得一提的是，该研究团队设计的跳高机器人可以进行跳跃和弹跳两种不同的运动方式，研究人员在现实环境中进行了测试，以展示这两种运动方式的优势。
唐、张和他们的同事写道：“这些模式是通过调整磁场的持续时间和强度来控制的，这赋予了双稳态软跳跃者强大的运动能力。”“此外，它能够全方向跳跃，高度和距离可调。为了展示它在复杂环境中的能力，建立了一条具有两栖地形的逼真管道。”
研究人员在一项简单的运动任务中测试了他们的跳跃机器人，该任务包括跳过狭窄的管道、跳过 U 形管道以及从水下跳到水面之上。这项任务旨在模拟机器人可用于清洁管道内的水的场景。
在这次初步实验中，机械驱动跳跃器表现优异。未来，其底层设计可能会启发其他灵活机器人系统的开发，以用于广泛的实际应用。

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