
看着章鱼抓住猎物,研究人员受到启发,开发了一种带有吸盘的软机器人触手,可以通过戴在一根手指上的“手套”进行远程操作。
凭借其灵巧和智慧,章鱼长期以来一直是机器人领域科学家的着迷和灵感源泉。“他们有数百块肌肉。它们可以控制如此多的肌肉和如此多的自由度,”领导这项研究的北京航空航天大学机器人研究员Li Wen说。他表示,这种运动范围和灵活性“与传统机器人完全不同”。
研究小组对章鱼用来伸出手臂并捕获路过猎物的“弯曲传播”运动特别感兴趣。弯曲运动从手臂的基部开始,以波浪的形式传播到尖端,然后包裹住不幸的鱼或其他生物,并用吸盘附着在其上,这样猎物在被带到章鱼面前时就不会蠕动挣脱。
“我们决定做这个项目,因为我们看到了章鱼如何以非常优雅的方式捕获猎物,”Wen说。
章鱼臂的不同寻常之处在于它们几乎独立于章鱼大脑而运作。“动物从大脑到手臂只使用非常非常少的控制信号,”研究合著者、新加坡国立大学生物机器人工程师塞西莉亚·拉斯基(Cecilia Laschi)说。“手臂本身的神经系统以顺序激活的方式排列,因此处理计算工作非常有限。”
为了模拟这一点,研究人员必须对弯曲传播运动进行数学建模。
机器人触手由五个由软硅胶制成的部分组成,其中嵌入了由室温下呈液态的金属制成的“电线”。它们与标准硅芯片一起形成了一个模仿章鱼手臂神经系统的电子网络。机器人触手的尖端装有吸盘和温度传感器。整个系统形成一个独立的单元,通过配备传感器的单指手套进行无线操作,这些传感器不仅可以捕获操作员手指的精细运动,还可以捕获操作员手和手臂的俯仰、滚动和加速度,并传输触手的动作。就像真正的章鱼手臂一样,章鱼机器人在到达目标时可以伸展到原始长度的 1.5 倍。
因此,手套的内部包含三个与佩戴者的手指连接的吸盘。这些转化了机器人触手的吸盘效应,因此操作员可以感觉到机器人吸盘何时锁定了目标。在机器人触手的测试中,它能够抓住塑料玩具形式的猎物,并且在空气和水中都表现良好。
拉斯基表示,这项技术可以应用于从海洋研究(捕获水中快速移动的物体)到生物医学技术(例如用于研究胃肠道的内窥镜,甚至人造器官)的各个领域。
参考文献:
Xie Z, Yuan F, Liu J, et al. Octopus-inspired sensorized soft arm for environmental interaction[J]. Science Robotics, 2023, 8(84): eadh7852.