史上最小!哈佛出品的2厘米“四足小強”來了
仿生機(jī)器人越來越成為機(jī)器人領(lǐng)域的一個研究熱點了。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202006/414530.htm2013 年,哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實驗室研究人員仿照“小強”打造了一款看上去有點瘆人的四足微型機(jī)器人 HAMR,其重約 3g、長約 5 厘米,體積與現(xiàn)實生活中的蟑螂相似。
四足“小強”移動的畫面放慢 20 倍就是這樣的。
近日,在機(jī)器人領(lǐng)域頂會 ICRA 2020(IEEE International Conference on Robotics and Automation,國際機(jī)器人與自動化會議)上,研究團(tuán)隊介紹了更為迷你的升級版 HAMR-Jr,其重量僅為 HAMR 的十分之一,還沒有現(xiàn)實中一只蟑螂的腿高,是當(dāng)前最小、速度最快的昆蟲仿生機(jī)器人之一。
前所未有的‘四足小強’
實際上,HAMR 是 Harvard Ambulatory MicroRobot(哈佛移動微型機(jī)器人)的縮寫,這款機(jī)器人靈活、體積小的特點通過其名字便可略知一二。
在 2013 年推出 HAMR 之后的幾年,研究團(tuán)隊曾不斷基于 HAMR 嘗試技術(shù)突破。
比如,2018 年研究團(tuán)隊設(shè)計了會踩電門的“小強” HAMR-E。簡單來講,HAMR 能夠自己深入自己體內(nèi),檢查部件工作是否正常。不過,當(dāng)時的 HAMR-E 質(zhì)量、體積與 HAMR 差距不大,有點像是功能優(yōu)化。
而 ICRA 2020 上公布的 HAMR-Jr 相比此前的更新,可以說是前所未有。
那么我們來看看 HAMR-Jr 的相關(guān)參數(shù)。
根據(jù)上面的動圖就能發(fā)現(xiàn),HAMR-Jr 依然沿襲了四足設(shè)計,在外形上與 HAMR 差距不大。
不過,HAMR-Jr 最大的變化就在于體積:重 320 毫克,長 2.25 厘米。HAMR-Jr 可謂是小而靈活,能小跑、前屈、跳躍、搬運重物,還能像螃蟹一樣橫著走。
HAMR-Jr 獨立驅(qū)動自由度為 8。另外,通過壓電致動器的驅(qū)動,HAMR-Jr 可以以每秒 14 個身長(30 厘米)的速度移動,平均步頻和最佳共振點為 200 Hz,最高近 300Hz。
值得一提的是,由于受到運動神經(jīng)沖動和肌肉纖維激活的生物極限的制約,自然界中昆蟲步頻最快也無法達(dá)到 200Hz。這一點正如論文合著者之一、科羅拉多大學(xué)博爾德分校 Kaushik Jayaram 所說:
HAMR-Jr 的步頻可以超過 200 Hz,這在陸地生物系統(tǒng)中是前所未有的,而且這種高步頻下的運動動力學(xué)研究也是前所未有的。
另外,HAMR-Jr 還有一項指標(biāo)值得關(guān)注——在有效載荷達(dá)到其自身質(zhì)量(320 毫克,比如電池和一些傳感器)的情況下,其性能變化不大。
不過,這里也有一定的改進(jìn)空間。
雷鋒網(wǎng)了解到,一些探索性試驗表明,HAMR-Jr 的有效載荷至少達(dá) 3.5 克。
再來看看 HAMR-Jr 的制造過程。
通過印刷電路微電子機(jī)械系統(tǒng)(PC-MEMS)制造工藝,機(jī)器人零部件被蝕刻成 2D 片,再通過靈活的鉸鏈進(jìn)行連接,形成 3D 結(jié)構(gòu)。通過縮小 2D 蝕刻片、致動器和板載電路,在功能不變的前提下,機(jī)器人的體積得以縮小。
能上太空,也能探索地下
據(jù)悉,這一研究得到了 DARPA(美國國防高級研究計劃局)的支持,與此同時,另一項仿生微型機(jī)器人研究項目更是獲得了美國國防部 53.8 萬美元的資助。
這一項目名為“人類自動化、信任和依賴研究的群體合作平臺”(Human Swing Teaming Team Platform for Research in Human in Human Automation Trust and Reliance)由加州州立大學(xué)北嶺分校機(jī)械工程教授 Nhut Ho 領(lǐng)銜。
實際上,這一項目的合作成員也都實力不凡,可以說是強強聯(lián)合——NASA 噴氣推進(jìn)實驗室、擁有網(wǎng)紅機(jī)器人的波士頓動力公司、英特爾、加拿大機(jī)器人公司 Clearpath Robotics、德國機(jī)器人公司 Telerob、位于硅谷的激光雷達(dá)公司 Velodyne 和位于洛杉磯的軍用級戰(zhàn)術(shù) MIMO 無線通信開發(fā)商 Silvus Technologies。
雖然項目還在進(jìn)行當(dāng)中,具體成果尚未可知。但在加州州立大學(xué)北嶺分校的網(wǎng)站上,Nhut Ho 公開了其想法,將仿造昆蟲制造機(jī)器人:
我們從螞蟻和蜜蜂身上得到了啟發(fā),它們能自我組織。應(yīng)對不同任務(wù),它們會采取最佳的解決方案進(jìn)行團(tuán)隊合作,即使出現(xiàn)了團(tuán)隊成員失敗的情況,任務(wù)依然可以完成。
雷鋒網(wǎng)(公眾號:雷鋒網(wǎng))注意到,Nhut Ho 還有一個頭銜:NASA 旗下的 STEAMH 自主技術(shù)研究中心創(chuàng)始主任。STEAMH 一詞由科學(xué)、技術(shù)、創(chuàng)業(yè)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)和人文學(xué)術(shù)幾個英文單詞的首字母組成,這也代表著該研究中心的跨學(xué)科研究方向。
正因如此,這一項目旨在研發(fā)的機(jī)器人不僅將關(guān)注諸如搜索救援、采礦或一些極端環(huán)境中的陸地應(yīng)用,也將用于 NASA 的行星探索。
對此,Nhut Ho 表示:
要探索火星表面和空洞,一群微型機(jī)器人將比大型機(jī)器人單槍匹馬地完成任務(wù)更為有效。
與此同時,由于項目合作伙伴之一 NASA 噴氣推進(jìn)實驗室的一個團(tuán)隊曾在 DARPA“地下挑戰(zhàn)賽”中獲得過第一名,在自動快速地繪制、導(dǎo)航和搜索地下環(huán)境方面有很好的基礎(chǔ),因此這一項目最終設(shè)計的機(jī)器人也將會在地下場景中有所應(yīng)用。
而上文提到的 HAMR-Jr 其實也有相似的用途,正如 Kaushik Jayaram 在接受 IEEE 采訪時所說:
我希望看到像 HAMR-Jr 這樣的微型機(jī)器人產(chǎn)生積極的社會影響,我設(shè)想的途徑主要有四個:搜索救援、高價值資產(chǎn)檢查、環(huán)境監(jiān)控以及藥物方面的輔助。
由此可見,一方面,研究人員在微型仿生機(jī)器人領(lǐng)域不斷探索、追求極致;另一方面,機(jī)器人的實際應(yīng)用場景也不斷被拓寬。
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