变形机器人可以像昆虫一样抓取、攀爬和爬行

科罗拉多州立大学(Colorado State University)的研究人员从自然界汲取灵感，开发出了三款机器人，它们可以根据需要改变身体和腿的形状，以便在困难的地形上更好地爬行、摇摆或游泳。

这些新的机器人系统是由机械工程系的Jianguo Zhao副教授带领的团队开发的，旨在模仿生物有机体根据其生命周期或环境调整其形状的方式。发表在《自然通讯》杂志上的一篇新论文描述了这项工作，概述了三种机器人类型及其不同的能力，包括抓握、攀爬和两栖旅行。博士生Jiefeng Sun为第一作者。Jianguo Zhao说，这些机器人是由可以随着温度变化而变 软或变 硬的材料制成的，并且能够在不需要笨重的动力系统(如磁线圈)的情况下移动。这使得它们更多才多艺，装备更精良，有可能在未来帮助人类在受灾地区搜寻幸存者。

Jianguo Zhao说：“我们的嵌入式变形方案使用了一种类似于人类肌肉的轻质人工肌肉，当通电时它会收缩。通过将这些人造肌肉嵌入机器人的脊椎或皮肤，我们可以实现各种形状类型。总之，这种方法为开发能够在困难环境中导航和工作的机器人提供了一条很有前途的道路。”

这篇论文概述了三种不同的变形机器人方案。第一个设计是一个可以感知和调整形状的抓手，以便更好地抓住物品。另一种是四足机器人，它可以把自己弄平，爬过开口，或者抓住窗台，穿过缝隙。最后的机器人是不受束缚的，可以改变腿的形状和位置，毫不费力地从陆地上行走切换到水中游泳。Jianguo Zhao说，这三种系统都可以根据需要变形，如果需要，这个过程可以逆转。

“例如，青蛙可以毫不费力地做出这些改变。它们从有尾巴的蝌蚪开始，然后发育出可以跳跃、爬行或游泳的腿。”他说。“我们从这些转变中获得灵感，但在机器人中实现类似动物的嵌入式形状变形仍然具有挑战性，我们希望这项工作将继续解决这个问题。”

机器人系统的下一步

自2017年以来，该团队一直在进行这项研究，最初努力寻找一种好的驱动方法，即让手臂和腿收缩和移动。目前的方法是使用由电力驱动的人造肌肉，将所需的机械系统包含在机器人内部。

Jianguo Zhao说:“我们的系统还可以根据我们使用的人造肌肉的电阻变化来感知不同的形状或弯曲角度。”“这是我们系统的独特功能，可以根据机器人的当前位置调整、通用和精确的形状。”

该团队现在将开始改进系统，并探索使这些机器人在活动中更加独立的方法。目前，这些系统是远程控制的，但Jianguo Zhao设想有一天它们将能够自己操作——决定哪种形状或形态是最好的。

他说:“我们正在考虑增加传感器或摄像头的方法，这些传感器或摄像头可以帮助机器人自主导航，并自行决定最 佳形态，然后应用并使用这种形态进行节能运动。”