“美人魚(yú)”機(jī)器人登上Nature封面：入水瞬間四肢變腳蹼，耶魯出品
耶魯大學(xué)出品
白交 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
有沒(méi)有想過(guò)像個(gè)美人魚(yú)一樣，跳入水中你的腿瞬間變成腳蹼？
現(xiàn)在，耶魯大學(xué)的研究人員就真真創(chuàng)造了這樣一個(gè)機(jī)器人，并登上了Nature封面“Turtle eclipsed”（烏龜黯然失色）。
嗯，從外觀上可以看出來(lái)，科學(xué)家們的靈感來(lái)自于水龜和陸龜，現(xiàn)在將他們合二為一——
地面上機(jī)器人四肢像陸龜一樣正常行走，下水后其腿就會(huì)變成鰭狀肢，順滑的游行~
Nature首席物理科學(xué)編輯將這種形態(tài)變化形容為：按需進(jìn)化。
有一說(shuō)一，有點(diǎn)羨慕。
如何做到的？
以往主流機(jī)器人的設(shè)計(jì)策略，傾向于不可改變的結(jié)構(gòu)和行為，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)不同的環(huán)境。
因此，為了實(shí)現(xiàn)特定的多環(huán)境運(yùn)動(dòng)，能夠穿越陸地、水生和中間的過(guò)渡區(qū)，研究人員給出的設(shè)計(jì)策略是自適應(yīng)性形態(tài)變化。
簡(jiǎn)言之，就是機(jī)器人的形態(tài)和行為都是通過(guò)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
這也是本次機(jī)器人與其他兩棲機(jī)器人最大不同的地方，其他機(jī)器人往往會(huì)添加多個(gè)推進(jìn)機(jī)制，在每個(gè)環(huán)境中使用不同的推進(jìn)機(jī)制，從而導(dǎo)致能源效率低下。
具體實(shí)現(xiàn)上，它融合了傳統(tǒng)的剛性部件和軟性材料，從根本上增強(qiáng)了其四肢的形狀，并為多環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)改變其步態(tài)。整個(gè)身體包括四個(gè)子系統(tǒng)：底盤(pán)、外殼、肩關(guān)節(jié)和變形肢體。
其中底盤(pán)就不必說(shuō)了，負(fù)責(zé)容納電子器件。外殼提供保護(hù)作用的同時(shí)，還可用于浮力調(diào)整。
而真正完成一系列步態(tài)變化的功臣要屬肩關(guān)節(jié)和變形肢體。肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)制有三個(gè)自動(dòng)度，變性肢體則有兩部分組成，頂部的氣動(dòng)執(zhí)行器以及底部可隨溫度改變的剛度材料。
當(dāng)嵌入的加熱器加熱使其材料軟化并給肢體充氣，此時(shí)肢體的橫截面積和硬度都會(huì)發(fā)生變化。這樣一來(lái)，它的四肢既可以有適應(yīng)陸地行走的圓柱形形狀，又有利于游泳的平鰭形狀。
還跟動(dòng)物做了比較
隨后科學(xué)家們分別在水下和陸地（以瓷片、混凝土和花崗巖為代表的環(huán)境）實(shí)施了最為穩(wěn)固運(yùn)行的兩種步態(tài)。
除此之外，還為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一條從陸生到水生的過(guò)渡路線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，還沒(méi)有在淺水區(qū)完全淹沒(méi)，它就已經(jīng)在游泳了。
除此之外，科學(xué)家還與其他陸生水生動(dòng)物和機(jī)器人做了比較，針對(duì)單個(gè)環(huán)境，ART的表現(xiàn)跟最先進(jìn)的單模態(tài)——水生或陸生的機(jī)器人相近，甚至某些情況還超過(guò)了后者，以及還超過(guò)了一些動(dòng)物。（狗頭）
科學(xué)家們表示，這個(gè)機(jī)器人潛在的應(yīng)用有很多，比如沿海岸線的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、潛水員支持和海洋養(yǎng)殖。
而在學(xué)研的領(lǐng)域，機(jī)器人還可以幫助研究人員研究復(fù)雜沖浪區(qū)以及其他環(huán)境過(guò)渡區(qū)的運(yùn)動(dòng)物理學(xué)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05188-w#Sec24
參考鏈接：
https://news.yale.edu/2022/10/12/morphing-limbs-robot-travels-land-and-water
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