水母机器人:海洋中的新卫士

作者: 凛冬

来源: 机器人大讲堂

发布日期: 2018-10-25

本文介绍了基于月亮水母的软机器人水母,探讨了其设计原理、功能以及在海洋生态系统监测和保护中的潜在应用。文章还提到了其他仿生机器人,如“空中水母”,并展望了未来更多仿生机器人可能带来的服务。

在海洋中遨游着成千上万只看起来娇小、脆弱的水母,当这些漂亮的水母变身为机器人,会是怎样的情景?近期,一款基于月亮水母的软机器人水母出现在人们的视野中。这是来自佛罗里达大西洋大学(FAU)和美国海军研究办公室的科学家团队建造的3D打印机器人水母。它以神似月亮水母的造型出道,并且它们的身体有着出人意料的柔韧性,能够游过许多比他们身体更狭窄的开口。

在电影《黑客帝国》中有数以千计的长着触角、形似章鱼的机械机器人,它们被冠以“卫兵”之名,可在空中漂移,可向人类和宇宙飞船发起攻击。在片中,它们也对主人公里奥发起过攻击和追捕。当年在科幻电影中出现的情节,如今随着科技手段的进步,水母机器人也跃然出现在人们的视野之内。

这款机器人的研究者相信,它们出色的性能能够使它们在不干扰生态环境的情况下,充当一些脆弱的、需要悉心呵护的野生动物的“海洋卫兵”,来监测和保护海洋生态系统,帮助人类更好地了解平静的海面下所孕育的复杂情况。

为了能够实现柔韧性和仿生性,这个水母机器人采用了8个硅橡胶触须,每个液压系统拥有两个叶轮泵,当水泵将水泵入时,硅触须将膨胀,然后停止泵水,触须将会放松下来,当水泵未通电时,硅橡胶触须良好的自然弹性会迫使水回流,这就帮助水母机器人拥有了游泳的能力,而且这种游泳姿势与现实水母的十分相似。

至于为什么会选择水母来作软体机器人,恩格斯博士表示:“水母是高效的游泳运动员,并且最重要的是,它们的推进性能是由于它们的身体形状,它可以产生涡旋,喷射推进,划船和基于吸力的运动的组合。这很方便我们用机械装置来重现水母的一些动作和通过不断地试验,添加一些我们想要的功能。”为了实现某些功能,研究人员也会根据情况选择一些适合的装置。

例如,恩格斯博士提到:“机器人的主要应用是探索和监控脆弱的生态系统,因此我们选择软液压网络执行器来防止意外损坏。此外,活水母具有中性浮力。为了模仿这一点,我们在游泳时用水给液压网络执行器充气。”

另外,提到水母机器人,更多人最先想到的可能不是这个“新贵”,而是美国Festo公司之前打造的“巨无霸”-“空中水母”。

它长着8只触角,由于机器人体内充满氦气,所以能像水母漂浮在海里一样漂浮在空气中,看起来非常漂亮。“空中水母”的主体部分是一个由激光烧结制成的密制舱,另外8个触须仿生于鱼鳍,包含软硬适度的“主心骨”,骨外连接着柔性的表面,表面分成两个腔,压力可以分别调整,使整个触须向某个方向弯曲。而且每根触须的顶端都有小鳍,受触须带动,小鳍可以像鱼尾那样划水,推动机器人水母前进。换个角度,动作同样优美。

水中机器人需要考虑到很多复杂的因素,需要一系列传感器和部件的协调配合。如今,越来越多类似的仿生机器人出现在机器大家庭中,果蝇、魔鬼鳗、蝴蝶、蜻蜓机器人等等,它们来自于人们对自然的学习和探索,是人们对某种生物优势的学习和运用,它们都有着自己独有的结构和设计,也拥有着自己的功能和特性,相信会有更多机械小伙伴会来到我们的生活中为我们服务。

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