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(wèn)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(shuō)：“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(shuō)，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(wèn)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(shuō)。“通過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)障礙物，”Ozkan-Aydin 說(shuō)。“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(méi)有什么不同。”
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