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瑞士EPFL的一个研究小组受蚂蚁启发研制出一种微型机器人

IEEE电气电子工程师学会 2019-10-13 17:10 次阅读

小型机器人之所以吸引人,是因为它们简单、便宜,而且可以轻松制造出很多。但是,简单和便宜意味着每一个机器人单独工作能力都不强,为了弥补这一点,近日,瑞士EPFL的一个研究小组受蚂蚁启发研制出一种微型机器人。这种名为“Tribot”的小机器人不仅可以跳跃、行走、爬行,还可以像蚂蚁一样通过互相交流协作完成复杂的团队任务。

以昆虫为例,老实说,昆虫通常比我们所看起来的那样要更聪明,而且多功能。大多数具有昆虫类能力的机器人(如Dash及其家族)都太大太复杂,无法变成成群的机器人,因为要制造大量的小型机器人,诸如马达之类的东西就不能工作了,因为它们太贵了。

接下来的问题是,如何制造出一大群不需要马达就能四处走动的、具有昆虫般移动能力的廉价小型机器人,Jamie Paik在EPFL的可重构机器人实验室得到了一个答案,灵感来自于陷阱颚蚁(trap-jaw ants)。

陷阱颚蚁是非常疯狂的。如果你对陷阱颚蚁特别感兴趣,那么你可以查阅在2006年的一篇论文。那么为什么说它们疯狂呢?那是因为陷阱颚蚁可以通过咬地的方式将自己射向空中。只需0.06毫秒,它们半毫米长的下颌骨就能以每秒64米的最高速度闭合,这意味着大约10万克的加速度。咬住地面会使蚂蚁的头以300倍于自身体重的力向后弹回,从而把蚂蚁往上拱。利用弹跳的反作用力可以让它跳到8厘米的高空,然后落到40厘米之外的地方。对于只有几毫米长的蚂蚁来说,这是相当疯狂的。

EPFL的机器人被称为Tribots,一点也不像陷阱蚂蚁,我(作者,以下简称我)个人也很喜欢。它们体积很小,看起来很Q,重量也只有10克。但它们却可以跳跃、行走、爬行,甚至像蚂蚁一样团队合作。

Photo: Marc Delachaux/EPFLEPFL researchers Zhenishbek Zhakypov and Jamie Paik.

躲避物体是陷阱颚蚁非常擅长的。使用两个不同的形状记忆执行器(一个弹簧和一个闩,类似于蚂蚁的下颚工作方式),Tribots可以使用一系列不同的技术移动,这些技术可以适应它们所处的地形,包括:

垂直跳高

水平跳远

翻跟头越过障碍物

在崎岖不平的地面行走

以及在平地上爬行

Tribot的最大垂直起跳高度是14厘米(2.5倍于它的高度),水平起跳高度是23厘米(几乎是它长度的4倍)。Tribot实际上在这些运动中非常有效,其运输成本比同样大小的机器人低得多,与昆虫本身相当。

有趣的是Tribots不仅能够模仿蚂蚁的多种动作形态,甚至还可以像蚂蚁一样分工合作。实验证明,尽管Tribots结构基本相同,但是它们却可以像蚂蚁一样被赋予不同的角色,各司其职,通过协作共同操纵物体和克服障碍物。

Image: EPFLFive Tribots collaborate to move an object to a desired position, using coordination between a leader, two workers, a monitor, and a messenger robot. The leader orders the two worker robots to push the object while the monitor measures the relative position of the object. As the object blocks the two-way link between the leader and the monitor, the messenger maintains the communication link.

研究人员承认,目前的硬件版本在几乎所有方面都受到限制(移动性、传感和计算),但它在演示概念的可能性方面做了合理的工作。接下来的计划是自动化制造,以“实现按需、按钮制造”机器人。

原文标题:研究人员开发可以分工合作的仿生蚂蚁机器人

文章出处:【微信号:IEEE_China,微信公众号:IEEE电气电子工程师学会】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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