在軟體機(jī)器人研究領(lǐng)域，一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的創(chuàng)新成果引起了廣泛關(guān)注。該校Nikolaos Freris特任教授及其研究團(tuán)隊(duì)，攜手魏熹特任副研究員，共同揭示了軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)的新篇章。
自然界中的生物柔性肢體，如象鼻的靈活卷曲、章魚觸手的敏捷捕捉、海馬的優(yōu)雅游動(dòng)以及變色龍尾巴的快速變換，一直是科學(xué)家們探索軟體機(jī)器人靈感的源泉。通過(guò)對(duì)這些生物形態(tài)和運(yùn)動(dòng)的深入觀察與數(shù)學(xué)抽象，研究團(tuán)隊(duì)首次提出并設(shè)計(jì)了一種基于對(duì)數(shù)螺旋線結(jié)構(gòu)的新型螺旋軟體機(jī)器人。
這款螺旋軟體機(jī)器人不僅在外形上模仿了自然界的生物特征，更在功能上展現(xiàn)了其在多維度和多場(chǎng)景中執(zhí)行復(fù)雜抓取和操作任務(wù)的能力。據(jù)悉，相關(guān)研究成果已于2024年末在Cell Press旗下的權(quán)威期刊Device上發(fā)表，題為“SpiRobs: Logarithmic Spiral-shaped Robots for Versatile Grasping Across Scales”。
軟體機(jī)器人作為機(jī)器人領(lǐng)域的前沿課題，因其安全性和靈活性而備受矚目。然而，現(xiàn)有的軟體機(jī)器人在關(guān)鍵性能指標(biāo)上，如靈巧性、運(yùn)動(dòng)速度和協(xié)作交互能力，仍與自然界生物的柔性肢體存在較大差距。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)學(xué)抽象和建模，提煉出生物柔性肢體的形態(tài)學(xué)共性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一類具有普適性和可擴(kuò)展性的軟體機(jī)器人——螺旋機(jī)器人。
除了設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，研究團(tuán)隊(duì)還提出了一種逆向設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋機(jī)器人。他們首先確定機(jī)器人的極限卷曲形態(tài)，即遵循對(duì)數(shù)螺旋線方程，然后將螺旋線進(jìn)行離散，展開(kāi)得到機(jī)器人的直線形主體設(shè)計(jì)。這一方法使得機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制備更加精準(zhǔn)和高效。
研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步提出了一種仿生抓取策略，并基于簡(jiǎn)單的電流感知和控制，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置、不同物體的自動(dòng)抓取。這一策略克服了傳統(tǒng)方法中對(duì)于高精度傳感器和復(fù)雜建模與控制方法的依賴，為軟體機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用提供了更加便捷和高效的解決方案。
圖中展示了螺旋機(jī)器人的操作策略及應(yīng)用場(chǎng)景，包括其在多維度和多場(chǎng)景中執(zhí)行復(fù)雜抓取和操作任務(wù)的展示。這些展示不僅驗(yàn)證了螺旋機(jī)器人的優(yōu)越性能，也為其在復(fù)雜抓取任務(wù)、人機(jī)交互、低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景提供了技術(shù)支持和創(chuàng)新解決方案。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生王展翅作為論文的第一作者，與Nikolaos Freris特任教授和魏熹特任副研究員共同完成了這一研究。他們的合作不僅推動(dòng)了軟體機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展，也為未來(lái)的科技創(chuàng)新注入了新的活力。
