变革性的 FiBa 软执行器为未来软机器人铺平了道路

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研究人员通过开发薄膜气球 (FiBa) 软机器人，在软机器人领域取得了突破性进展。这些创新机器人由 Terry Ching 博士和通讯作者 Michinao Hashimoto 教授领导的团队设计，引入了一种新颖的制造方法，可实现轻便、不受束缚的操作，并具有先进的仿生运动能力。
该项研究发表在《科学机器人》杂志上。研究团队来自新加坡科技设计大学（SUTD）、新加坡国立大学（NUS）和昆士兰科技大学（QUT）。
这些机器人的核心创新涉及 FiBa 模块的开发，该模块将横向弯曲的聚合物薄膜与三维印刷的气动气球相结合。这种组合大大减轻了软执行器的重量，实现了不受束缚的操作。FiBa 模块是创建可以模仿各种自然运动的软机器人的基本构件。
使用 FiBa 模块组装的软机器人可以模拟各种自然运动，包括模仿海龟爬行、尺蠖攀爬、蝙蝠栖息和瓢虫飞行。这些运动模式展示了 FiBa 模块在众多应用中的多功能性和潜力，展示了它们在各种具有挑战性的环境中运行的能力。
受瓢虫启发的飞行机器人。图片来源：Michinao Hashimoto
FiBa 模块的开发解决了软机器人领域的一个重大挑战：将机器人从电力或气动电源中解放出来。通过显著减轻软执行器的重量，研究人员实现了泵、阀门、电池和控制板等基本组件的集成，为完全自主的软机器人铺平了道路。这一突破增强了软机器人的操作能力和潜在应用。
FiBa 软机器人能够模仿自然运动策略，这证明了其卓越的多功能性。这些能力可能使机器人能够在传统刚性机器人以前无法进入的多样化和具有挑战性的环境中运行，例如灾区、不平坦的地形和微妙的生物环境。
FiBa 模块的轻量化设计提高了能源效率和运行时间，有利于太空探索和搜救行动。其适应性和可定制性使其适用于制造业、医疗保健和农业等各个行业。
Ching 博士在新加坡科技设计大学和新加坡国立大学联合攻读博士学位期间完成了这项工作，他从木匠卷尺的横向曲率中汲取了灵感。
他解释说：“当我考虑创建轻型执行器时，我在使用木工胶带时突然想到了这个想法。由于横向曲率，它能够返回到原来的位置，这给了我设计 FiBa 模块的灵感。我们的 FiBa 模块提供了一种新工具，用于设计和定制具有高级功能的轻型、不受束缚的软机器人。这一突破有可能改变我们处理机器人设计的方式，特别是对于传统刚性机器人无法胜任的具有挑战性的环境中的应用。”
一项特别具有突破性的应用是开发能够自动展开机翼的空中机器人，其灵感来自瓢虫的飞行力学。这项创新允许在狭窄空间内紧凑运输和部署，然后自动展开机翼进行飞行。
新加坡科技设计大学航空创新研究 (AIR) 实验室主任冯绍辉教授补充道：“能够在半空中自主展开机翼是航空机器人技术的重大进步。这种能力提高了航空机器人的操作灵活性，并为在灾区和偏远地区等具有挑战性的环境中部署开辟了新的可能性。”
通讯作者桥本教授总结道：“这项研究证明了跨学科合作的力量。通过利用我们团队成员和机构的独特优势，我们开发出了一种解决方案，解决了软机器人技术的一个关键挑战。FiBa 模块提供了一个多功能且可扩展的平台，用于创建可以在不同环境中执行各种任务的软机器人。”
这项研究涉及多个实验室的专家合作，包括由 Hashimoto 教授领导的 SUTD 软流体实验室、由 Foong 教授领导的 SUTD 空中创新研究 AIR 实验室以及由 Toh Yi-Chin 教授领导的昆士兰科技大学 MicroTE 实验室。这种跨学科合作利用各个领域的专业知识来解决软机器人领域的复杂挑战。
更多信息： Terry Ching 等人，FiBa 软机器人的爬行、攀爬、栖息和飞行，Science Robotics (2024)。DOI ：10.1126/scirobotics.adk4533
期刊信息： 科学机器人