Nature:蚂蚁机器人弹跳力惊人,还会拧灯泡

时间:2019-07-20 来源: 专栏
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受到蚂蚁的启发,瑞士的一个研究小组开发了一种重量仅10克的微型机器人,可以跳跃,行走,爬行,甚至可以像蚂蚁一样拥有团队合作能力!

就个人而言,蚂蚁的力量并不大,智慧也不高。然而,作为一个蚁群,他们可以使用复杂的策略来完成复杂的任务或避免更大的捕食者。

除了复杂的社会行为,一种叫做陷阱蚂蚁的蚂蚁也会形成一种非凡的运动机制。受到威胁时,他们可以使用深蹲“逃跑”:

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陷阱蚂蚁

在发生危险情况时,陷阱蚂蚁会抓住蹲下并猛烈撞击地面。 “嘿!”,反应会使它跳到8厘米的高度,然后落到40厘米以外。他们也可以用腿向前跳过障碍物。

受到陷阱蚂蚁的启发,瑞士研究团队开发了一种微型机器人,该机器人在个人层面上传达并采取行动,尽管身体智力最低。

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这个小型机器人看起来像一个步行板,体积小,重量只有10克,但每个机器人都有多种运动模式,可以通过跳跃,行走,爬行等移动,甚至可以协调团体活动。

该研究是与瑞士洛桑联邦理工学院的可重构机器人实验室和大阪大学的自适应机器人实验室合作进行的。研究人员说,他们的小型机器人只包含最小的部件和装配步骤,实现了五种不同的运动。方式:垂直跳跃,水平跳远,障碍物翻滚,在崎岖地形上行走,以及在地面上爬行。

相关论文发表在今天的最新一期“自然”杂志上。

具有多种运动技能的三足“蚂蚁”机器人

该研究小组将小机器人命名为Tribot,原因很明显来自于机器人的形状。机器人有三条“腿”。

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Tribot看起来像一块小板,但为电路板增加了一些重要的附加功能。包括一个小型锂聚合物电池,这意味着机器人本身可以提供运动和电路所需的能量。

Tribot非凡的运动表现来自形状记忆合金机器人的“肌肉”。这种合金在一个温度下会发生变形,但一旦温度发生变化,它就会反弹回来。

灵活的关节和电池允许这些“肌肉”逐渐或突然地移动到三条腿中的任何一条,所有这些都通过嵌入硬件中的微型加热器完成。

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机器人的另一个有趣特征是它的结构。电路板和电池最初是三角形的。要将此形状转换为Tribot的三叶草式设计,只需将其折叠几次即可。

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董事会被折叠了。

Tribot走路的方式就像你想象的那样,它的前后腿向前移动一步然后迈出一步。

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但它是机器人的第三条腿,允许它执行一些非常不寻常的动作。通过向前跳,Tribot可以前进;

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再加上对腿部的一些控制,Tribot可以向前跳跃,让机器人穿过四倍大小的障碍物。

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保持上臂稳定,以腿为支点跳起来。 Tribot可以跳到高度的2.5倍。

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如前所述,Tribot受到了陷阱蚂蚁的启发,研究人员表示,Tribot运动所需的能量也很低,与昆虫一样节能。

机器人代表了一项重大进步,因为之前的尝试只允许机器人为每种运动模式携带不同的硬件,从而构建通过不同机制移动的机器人。

但也许同样令人惊讶的是,这个微小的电路包含机器人完成工作所需要做的一切。

虽然机器人的结构相同,但每个机器人都可以分配一个特定的角色。 “探险家”可以探测道路上的物理障碍物,例如物体,山谷和山丘。在发现障碍后,他们有责任通知该组的其他成员。然后,“领导者”给出指示。与此同时,“工人”专注于移动物体。

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在一个例子中,研究人员设立了一个Tribot作为领导者,并建立了第二个Tribot跟随领导者。领导者检测到间隙并将其位置信号发送到随后的Tribot。后者Tribot不需要注意地形,但刚刚到达其领导者所指示的位置,并立即启动了“跳跃”技能,省略了差距。

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“每个Tribot都可以表现得像陷阱蚂蚁,它可以扮演不同的角色。当面对新任务或未知环境时,即使其他成员迷路,他们也可以立即扮演新角色。这甚至比真正的蚂蚁能做得更好,“研究人员说。

在第二次“合作”测试中,两个Tribots共同推动了一个更重的箱子,单靠这个箱子无法推动。第三个“主管”Tribot指定了哪个下推位置。 “主管”Tribot向领导报告进展情况,领导协调两名工作人员完成任务。

最后,当块阻断领导者和“主管”之间的通信时,第五个Tribot承担“通信中继”的角色。

如果你问多少Tribots你需要拧一个灯泡,答案是“比你想象的更多”。

作者强调这个小型机器人“应用于现实世界的问题,例如紧急搜索任务,环境监测和探索”的可能性。

由于Tribot的多智能体通信功能,他们可以在不依赖GPS或视觉反馈的情况下快速定位大地形上的目标。研究人员说:“因为这些小型机器人可以大批量生产和部署,即使有一些伤亡,也不会影响任务的成功。”

研究人员还说,这项工作是探索新的运动模式和定制机器人完成特定任务的可能性的一个有趣的开端。

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