中国科学技术大学的研究团队从自然界生物的柔性肢体中获得灵感,如大象的鼻子、章鱼的触手等,并结合3D打印技术,设计并制造出新型的软件机器人。这些生物的柔性肢体虽然在生活环境、尺寸和解剖结构上各有不同,但它们都有一个共同点,即都能紧密地卷曲成对数螺旋线的形状。螺旋的卷曲与展开对于生物体功能的发挥至关重要。研究团队通过数学抽象和建模,提出了一种跨尺度的通用设计原理,并基于此设计出新型的软件机器人。
该团队设计的新型软件机器人在形态上复制了生物的螺旋结构,通过简单的绳索驱动即可进行有效控制,从而复现生物柔性肢体的运动特征。受章鱼触手的启发,研究人员还开发了一种抓取策略,通过绳索控制卷曲/展开运动,使螺旋形的身体接触并缠绕物体。由于利用了接触时的被动变形,该策略能够适应各种形状和尺寸的物体,例如杯子、钢笔、鸡蛋等,并能在受限空间内进行操作,无需精确的反馈或复杂的计划和控制。这项研究成果以《螺旋机器人:用于跨尺度多功能抓取的对数螺旋线机器人》为题,发布在Cell姊妹刊《Device》上。
这项研究由中国科学技术大学博士研究生王展翅担任第一作者,中国科学技术大学尼克教授和魏熹副研究员担任共同通讯作者。该研究团队通过深入分析软件机器人的关键特征和设计参数,如机器人中心轴的曲率半径沿机器人身体线性变化等特性,为机器人的设计和控制提供了理论基础。这项技术有望在未来的多个领域得到应用,在狭小空间进行操作、抓取不同形状的物体等,为机器人技术的发展提供了新的方向。