機(jī)器蟑螂身手好靈活，靠“翅膀”鯉魚打挺 | IROS 2016

本文作者：大壯旅

2016-11-23 15:22

導(dǎo)語：雖然很多人對蟑螂沒有什么好感，但它借助翅膀翻身的能力可是杠杠的！

過去幾年中，我們一直在關(guān)注著名的機(jī)器蟑螂的研發(fā)。對于這款機(jī)器人，外界褒貶不一（主要因?yàn)橛腥瞬幌矚g蟑螂）。不過，隨著機(jī)器蟑螂研發(fā)的逐漸深入，加大伯克利分校的這一研究項(xiàng)目推動了全世界的機(jī)器蟑螂熱。

Chen Li 教授是伯克利分校 Poly-PEDAL 和仿生系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)人員，在這里，他通過自己的巧手讓這些長得像蟑螂一樣的小家伙擁有了翻山越嶺的能力。眼下，Chen Li 在約翰霍普金斯大學(xué)也擁有了自己的實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室主研與生物學(xué)、機(jī)器人學(xué)與物理學(xué)有關(guān)的運(yùn)動科學(xué)。

在今年的 IROS 大會上，Chen Li 展示了自己最新的重磅研究論文《Cockroach-inspired winged robot reveals principles of ground-based dynamic self-righting》，讓我們見識到了此類多足機(jī)器人的新功能，如基于地面環(huán)境動態(tài)復(fù)原或像昆蟲一樣借助翅膀翻身。

以下為雷鋒網(wǎng)編譯的論文簡介：

動物與機(jī)器人都會面臨一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)——在復(fù)雜的地形上移動時，很容易翻過來。像蟑螂一樣的小昆蟲能夠快速地借助自己的翅膀順利翻身，而與其形態(tài)相似的小型多足機(jī)器人的外殼是其跨越障礙的重要法寶。我們在研究中為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一對“翅膀”——也就是一個可以打開的外殼，以保證機(jī)器人能夠利用身體優(yōu)勢（圓圓的造型）模擬蟑螂轉(zhuǎn)身的樣子。研究表明，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自我適應(yīng)，即使在電池電量低、翅膀無法對稱打開的情況下，機(jī)器蟑螂也有較大機(jī)會完成翻身的動作。

趕緊看看視頻，感受一樣機(jī)器“小強(qiáng)”的魅力吧：

為了了解機(jī)器蟑螂到底是怎么學(xué)會這一絕技的，IEEE 通過郵件聯(lián)系了 Chen Li 教授，下面是采訪實(shí)錄：

IEEE Spectrum：為什么說這種解決方案是最佳選擇呢？

Chen Li ：通過翅膀來避障的解決方案較為簡單，我們只需對現(xiàn)有機(jī)器蟑螂的外殼稍加修改就能實(shí)現(xiàn)。未來，借助這一機(jī)制我們還能通過翅膀的開合實(shí)現(xiàn)機(jī)器蟑螂的變形，這樣就能為機(jī)器蟑螂添加更多移動技巧。現(xiàn)在，我在約翰霍普金斯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開始對機(jī)器蟑螂進(jìn)行多功能升級了。

此外，翅膀的展開是動態(tài)的，這樣機(jī)器蟑螂就能利用動能來翻越障礙。這種解決方案的成功率和速度都比現(xiàn)有的復(fù)原機(jī)制高上不少，機(jī)器蟑螂不用再等待外殼形變、重心轉(zhuǎn)移、被動旋轉(zhuǎn)或機(jī)身重組來避障了。

通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，我們也掌握了翅膀復(fù)原系統(tǒng)的具體性能表現(xiàn)。翅膀打開的大小、速度、同步性和翅膀的形狀都會對機(jī)器蟑螂的動作有所影響。通過對這些數(shù)據(jù)的研究，我們就能設(shè)計(jì)出最合適的翅膀形狀并對其開合進(jìn)行精確控制，以實(shí)現(xiàn)想要的效果。而市場上其他復(fù)原系統(tǒng)，都無法達(dá)到這樣的水平。

機(jī)器蟑螂身手好靈活，靠“翅膀”鯉魚打挺 | IROS 2016

IEEE Spectrum：您認(rèn)為我們什么時候才能讓機(jī)器蟑螂擁有設(shè)想中的各種能力呢？

Chen Li ：我想我們還得再花不少時間，眼下業(yè)界對全地形多功能機(jī)器人的研發(fā)才剛剛開始，它們在動態(tài)控制上難度挺大。而在地形復(fù)雜點(diǎn)的陸地上行動挑戰(zhàn)更大，因?yàn)槲覀儧]有類似空氣動力學(xué)和流體力學(xué)的先進(jìn)地形適應(yīng)模型。該研究領(lǐng)域此前是一片空白，我的實(shí)驗(yàn)室正在努力改變這一情況。

除了這些需要探究的理論問題，我們在工程方面也要解決許多問題，如小型多足機(jī)器人的功率限制和材質(zhì)問題等。

IEEE Spectrum：下一步您準(zhǔn)備怎么走？

Chen Li ：除了理論研究，我的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在開發(fā)新的翅膀和外殼，以便機(jī)器蟑螂能擁有多種運(yùn)動能力。此外，我們還打造了體型更大的自復(fù)原機(jī)器人，其目的是為了進(jìn)一步研究動態(tài)復(fù)原過程中出現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象。

精確來講，我的實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)工具和理論模型，為的就是更好地理解機(jī)器人和昆蟲在現(xiàn)實(shí)世界中的地形適應(yīng)反饋機(jī)制。隨后，這些研究成果就能用來設(shè)計(jì)和控制全地形機(jī)器人。我們將這一新的研究領(lǐng)域稱之為“地形動力學(xué)”（terradynamics），未來其成果還將促進(jìn)空中和水中機(jī)器人的不斷進(jìn)化。

via IEEE Spectrum