小型機器人之所以吸引人,是因為它們簡單、便宜,而且可以輕松制造出很多。但是,簡單和便宜意味著每一個機器人單獨工作能力都不強,為了彌補這一點,近日,瑞士EPFL的一個研究小組受螞蟻啟發研制出一種微型機器人。這種名為“Tribot”的小機器人不僅可以跳躍、行走、爬行,還可以像螞蟻一樣通過互相交流協作完成復雜的團隊任務。
以昆蟲為例,老實說,昆蟲通常比我們所看起來的那樣要更聰明,而且多功能。大多數具有昆蟲類能力的機器人(如Dash及其家族)都太大太復雜,無法變成成群的機器人,因為要制造大量的小型機器人,諸如馬達之類的東西就不能工作了,因為它們太貴了。
接下來的問題是,如何制造出一大群不需要馬達就能四處走動的、具有昆蟲般移動能力的廉價小型機器人,Jamie Paik在EPFL的可重構機器人實驗室得到了一個答案,靈感來自于陷阱顎蟻(trap-jaw ants)。
陷阱顎蟻是非常瘋狂的。如果你對陷阱顎蟻特別感興趣,那么你可以查閱在2006年的一篇論文。那么為什么說它們瘋狂呢?那是因為陷阱顎蟻可以通過咬地的方式將自己射向空中。只需0.06毫秒,它們半毫米長的下頜骨就能以每秒64米的最高速度閉合,這意味著大約10萬克的加速度。咬住地面會使螞蟻的頭以300倍于自身體重的力向后彈回,從而把螞蟻往上拱。利用彈跳的反作用力可以讓它跳到8厘米的高空,然后落到40厘米之外的地方。對于只有幾毫米長的螞蟻來說,這是相當瘋狂的。
EPFL的機器人被稱為Tribots,一點也不像陷阱螞蟻,我(作者,以下簡稱我)個人也很喜歡。它們體積很小,看起來很Q,重量也只有10克。但它們卻可以跳躍、行走、爬行,甚至像螞蟻一樣團隊合作。
Photo:Marc Delachaux/EPFLEPFL researchersZhenishbek Zhakypov and Jamie Paik.
躲避物體是陷阱顎蟻非常擅長的。使用兩個不同的形狀記憶執行器(一個彈簧和一個閂鎖,類似于螞蟻的下顎工作方式),Tribots可以使用一系列不同的技術移動,這些技術可以適應它們所處的地形,包括:
垂直跳高
水平跳遠
翻跟頭越過障礙物
在崎嶇不平的地面行走
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(幾乎是它長度的4倍)。Tribot實際上在這些運動中非常有效,其運輸成本比同樣大小的機器人低得多,與昆蟲本身相當。
有趣的是Tribots不僅能夠模仿螞蟻的多種動作形態,甚至還可以像螞蟻一樣分工合作。實驗證明,盡管Tribots結構基本相同,但是它們卻可以像螞蟻一樣被賦予不同的角色,各司其職,通過協作共同操縱物體和克服障礙物。
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.
研究人員承認,目前的硬件版本在幾乎所有方面都受到限制(移動性、傳感和計算),但它在演示概念的可能性方面做了合理的工作。接下來的計劃是自動化制造,以“實現按需、按鈕制造”機器人。
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原文標題:研究人員開發可以分工合作的仿生螞蟻機器人
文章出處:【微信號:IEEE_China,微信公眾號:IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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