一個機器人朝墻傾斜或撞到玻璃盒子的景象，可能曾經(jīng)在哈佛大學約翰保爾森工程與應(yīng)用科學學院（SEAS）的哈佛微機器人實驗室（Harvard Microrobotics Laboratory）的研究人員中引發(fā)恐慌，但不會再有了。
海洋研究所和懷斯生物靈感工程研究所的研究人員開發(fā)出了一種彈性機器人，這種機器人由柔軟的人造肌肉驅(qū)動，機器人維修，可以撞到墻壁，掉到地板上，與其他機器人相撞而不會受損。這是第一個用軟驅(qū)動裝置驅(qū)動的微型機器人實現(xiàn)控制飛行。
前海洋研究生和博士后、論文第一作者陳玉鳳（音譯）說：“在微機器人領(lǐng)域，人們大力推動用軟驅(qū)動器制造移動機器人，因為它們具有很強的彈性。”然而，該領(lǐng)域的許多人一直懷疑它們是否可以用于飛行機器人，因為這些執(zhí)行器的功率密度還不夠高，而且眾所周知，它們很難控制。我們的驅(qū)動器具有足夠高的功率密度和可控性，可以實現(xiàn)懸停飛行。”這項研究發(fā)表在《自然》雜志上。
為了解決功率密度問題，研究人員在David Clarke實驗室開發(fā)的電驅(qū)動軟驅(qū)動器的基礎(chǔ)上進行了研究，David Clarke是Tarr家族的延伸材料教授這些軟驅(qū)動器是由介電彈性體制成的，這種軟材料具有良好的絕緣性能，在施加電場時會變形。
通過提高電極的導電性，研究人員能夠在500赫茲的頻率下操作執(zhí)行器，與以前類似機器人中使用的剛性執(zhí)行器相當。處理軟執(zhí)行器時的另一個挑戰(zhàn)是，系統(tǒng)往往會發(fā)生屈曲并變得不穩(wěn)定為了解決這一難題，研究人員建造了一個帶有垂直約束螺紋的輕型機身，庫卡機器人何服電機維修，以防止執(zhí)行機構(gòu)屈曲。
在這些小型機器人中，軟驅(qū)動器可以很容易地組裝和更換為了展示各種飛行能力，研究人員建立了幾種不同的軟動力機器人模型雙翼模型可以從地面起飛，但沒有額外的控制。四翼雙作動器模型可以在雜亂的環(huán)境中飛行，在一次飛行中克服多次碰撞。
“小型、低質(zhì)量機器人的一個優(yōu)點是它們能抵抗外部沖擊，”伊麗莎白·法雷爾·赫爾布林（Elizabeth Farrell Helbling）說，她以前是海洋研究生，也是該文章的合著者。軟驅(qū)動器提供了一個額外的好處，因為它比傳統(tǒng)的驅(qū)動策略更好地吸收沖擊。這將在潛在的應(yīng)用中派上用場，工業(yè)機器人維修，例如在廢墟中飛行執(zhí)行搜索和救援任務(wù)。”
一個八翼四執(zhí)行器模型演示了控制懸停飛行，這是第一個軟動力飛行微型機器人。下一步，研究人員的目標是提高軟動力機器人的效率，它仍然遠遠落后于傳統(tǒng)的飛行機器人。
“具有肌肉樣特性和電激活的軟執(zhí)行器是機器人領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，”WYSS生物激勵工程研究所的核心教員、海洋工程和應(yīng)用科學的查爾斯河教授、論文的資深作者羅伯特·伍德說。如果我們能制造出高性能的人造肌肉，那么天空就是我們制造機器人的極限。”