安徽財經(jīng)網(wǎng)訊：開門、擦玻璃、擰瓶蓋.....由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的軟體機器人手臂由于具有本質(zhì)柔順性和連續(xù)變形特性，在智能制造、醫(yī)療康復(fù)，家庭服務(wù)等領(lǐng)域有巨大的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。最新一期的機器人頂刊《The International Journal of Robotics Research》(IJRR)刊發(fā)了中國科大陳小平教授團(tuán)隊在軟體機器人手臂上的研究進(jìn)展，展示了軟體機器人手臂在日常生活中的巨大應(yīng)用潛力。
開門擦玻璃擰瓶蓋不在話下
讓剛性機器人執(zhí)行開門任務(wù)并不簡單。陳小平介紹，為了完成這一任務(wù)，需要精確的感知，建模，規(guī)劃，控制。一旦中間任何一環(huán)出現(xiàn)差錯都可能造成不可挽回的后果。然而開門對于人來說很容易。抓住門把手，向下壓，再往后一拉就行了。機器人能否像人一樣輕松地執(zhí)行生活中的操縱任務(wù)呢?在最新一期的IJRR中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊展示了一種使用軟體機器人手臂輕松完成生活中各種任務(wù)的方法。這種方法從人執(zhí)行操縱任務(wù)的行為方式中汲取靈感，利用軟體機器人手臂的柔順性，展示出了一種全新的機器人與環(huán)境交互的方式。
得益于被動柔順性，軟手臂在跟環(huán)境交互的時候，不需要提前對環(huán)境進(jìn)行精確建模，也不需要力傳感器精確的感知環(huán)境接觸力，即使執(zhí)行任務(wù)過程中被人為“搗亂”也不影響完成任務(wù)。4月14日，陳小平團(tuán)隊向記者視頻展示了該機器人的熟練操作，不光是開門開抽屜，擦玻璃、開擰瓶蓋都不在話下。
兼具靈活度和大負(fù)載能力
象鼻是自然界中即柔順靈活又很有力氣的軟體器官。受象鼻啟發(fā)，研究團(tuán)隊提出了一種蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并基于這種結(jié)構(gòu)，制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負(fù)載能力的軟體手臂。手臂的負(fù)載自重比達(dá)到了1:1。蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是蜂巢和氣囊的結(jié)合，當(dāng)氣囊充氣時，依靠蜂巢的結(jié)構(gòu)形變，產(chǎn)生不同方向的彎曲運動或者伸長運動。
據(jù)了解，目前大多數(shù)軟體機器人(如柔性手爪、水下軟體機器人、軟體手術(shù)機器人)使用比較軟的柔性材料作為主體，比如硅膠。這類軟體機器人通過壓縮流體、記憶合金等方式驅(qū)動柔性材料形變從而產(chǎn)生機器人的運動。這種機器人受限于材料特性，很難做到大負(fù)載。
蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其變形是由構(gòu)成蜂巢的六邊形的折疊、伸展提供的。這種結(jié)構(gòu)使得我們可以用相對比較硬的材料制做軟手臂，在實現(xiàn)大負(fù)載能力的同時，手臂可以沿各個方向彎曲伸長，兼具靈活性。在該研究中，研究者使用3D打印技術(shù)制備蜂巢結(jié)構(gòu)，成本低，制備簡單，便于維護(hù)，且很耐用。
從人的行為方式中汲取靈感
陳小平告訴記者，受人完成交互任務(wù)的啟發(fā)，研究團(tuán)隊提出了一種基于“行為”的控制方式。行為代表著一種運動趨勢，以轉(zhuǎn)手輪為例，只需要“向前，向下，向后，向上”這四個行為，就能將手輪轉(zhuǎn)動一圈。軟體機器人手臂的控制精度往往不如剛性手臂高，那如何用軟體手臂完成更加精細(xì)的任務(wù)呢?其實人手臂的精度也不高，往往通過借助工具來完成精細(xì)的任務(wù)。比如畫一條直線，多數(shù)情況下需要借助尺子。研究者展示了軟手臂也可以借助尺子畫一條直線。
“就像教一個孩子開門，只要告訴他’抓住門把手，向下壓，再向后拉‘一樣。研究者提出的基于行為的控制使得我們可以用相似的方式與機器人溝通。”讓機器人像人一樣使用工具這一想法，為軟機器人的應(yīng)用打開了更廣闊的空間。團(tuán)隊成員表示：“接下來團(tuán)隊將繼續(xù)從自然界汲取靈感，開展軟體機器人的相關(guān)研究，拓展機器人技術(shù)的邊界，爭取早日讓機器人早日走進(jìn)千家萬戶”。 記者 于彩麗
