WPI研究人員開發(fā)用于搜救行動(dòng)的3D打印機(jī)器人

2023年8月16日,，南極熊獲悉,，美國(guó)伍斯特理工學(xué)院（WPI）的研究員Markus Nemitz獲得了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)頒發(fā)的59.9萬美元（約為436萬人民幣）職業(yè)獎(jiǎng),，旨在開發(fā)一種新型低成本、可定制的3D打印軟機(jī)器人,，這些機(jī)器人可應(yīng)用于具有挑戰(zhàn)性環(huán)境的搜救行動(dòng),。另外，該項(xiàng)目有望應(yīng)用于太空探索,、氣候監(jiān)測(cè)和敵對(duì)環(huán)境中的檢查操作等其它領(lǐng)域,。

△Markus Nemitz展示軟體機(jī)器人原型

開發(fā)者的初心

軟體機(jī)器人采用高度可塑性材料制造，能夠?qū)崿F(xiàn)類似于傳統(tǒng)機(jī)器人難以模仿的生物體靈活運(yùn)動(dòng),，使其特別適用于搜索和救援任務(wù),。這些任務(wù)可能需要機(jī)器人在封閉空間中游泳、爬行、攀爬和潛水,。

△針對(duì)該救援事件后期拍攝的紀(jì)錄片海報(bào)

Nemitz的研究重點(diǎn)是開發(fā)集成流體回路的小型靈活3D打印機(jī)器人,，能夠快速生產(chǎn)和定制，以應(yīng)對(duì)特定的災(zāi)難條件,。這些機(jī)器人將在模擬泰國(guó)Tham Luang（睡美人）洞穴部分區(qū)域的微型模型中進(jìn)行測(cè)試,，該洞穴在2018年被洪水困住，12名青少年足球運(yùn)動(dòng)員和教練被困其中,。

該研究項(xiàng)目于8月1日啟動(dòng),，預(yù)計(jì)將持續(xù)到2028年7月31日。

WPI機(jī)器人工程系助理教授Nemitz評(píng)論道：“災(zāi)難往往需要獨(dú)特,、專業(yè)的應(yīng)對(duì)措施,，就像睡美人洞穴危機(jī)所需的那樣,。開發(fā)由柔軟,、靈活的材料快速制造的小型機(jī)器人具有巨大的潛力，它們能夠探索人類難以進(jìn)入的潛在危險(xiǎn)區(qū)域,，包括地震遺址,、洪水泛濫區(qū)甚至核事故現(xiàn)場(chǎng)，從而極大地助力救援工作,�,！�

△該名獲獎(jiǎng)研究員Markus Nemitz

開發(fā)3D打印搜救機(jī)器人

在這個(gè)項(xiàng)目中，Nemitz致力于開發(fā)機(jī)器人設(shè)計(jì)和制造的創(chuàng)新原則,，將機(jī)械智能,、3D打印流體電路和柔性電子器件相融合。

機(jī)械智能利用機(jī)器人的幾何形狀和材料特性來適應(yīng)意外條件,，從而顯著降低機(jī)器人所需的計(jì)算能力,。

△早在2017年，WPI研究人員開發(fā)的一款蛇形軟體機(jī)器人,，從右向左看,，一個(gè)柔軟、可壓縮的致動(dòng)器,；兩個(gè)致動(dòng)器放在一起,，使得蛇形機(jī)器人能夠側(cè)向移動(dòng)；一個(gè)帶有三個(gè)致動(dòng)器的模塊,，使機(jī)器人還能夠抬起頭部,；一個(gè)帶有電子設(shè)備的完整模塊

流體電路則通過在機(jī)器人內(nèi)部的靈活通道中引導(dǎo)流體運(yùn)動(dòng)，將外部刺激信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制機(jī)器人功能的命令,。這些電路可以直接嵌入到機(jī)器人的身體內(nèi),，在彎曲或扭曲時(shí)仍能保持功能。Nemetz的目標(biāo)是開發(fā)具有集成流體狀態(tài)機(jī)的3D打印機(jī)器人,，該狀態(tài)機(jī)能夠響應(yīng)流體傳感器并控制流體執(zhí)行器,。因此,，該項(xiàng)目將致力于開發(fā)一種新型的互補(bǔ)流體門和電流體存儲(chǔ)元件。

此外,，項(xiàng)目還將采用高度動(dòng)態(tài)變形耐受性的柔性,、可拉伸電子器件。柔性電子電路和電流體互連將使用導(dǎo)電墨水和彈性體集成到機(jī)器人中,。機(jī)器人內(nèi)的電子設(shè)備將僅用于選擇流體功能,、激活流體傳感器功能以及將程序?qū)懭肓黧w存儲(chǔ)器。

商業(yè)3D打印機(jī)和彈性纖維將用于制造這些機(jī)器人,。為確�,？尚行裕琋emitz將評(píng)估設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)器人所需的時(shí)間,。此外,，還將評(píng)估機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室模型洞穴系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到指定目標(biāo)的能力。

△WPI擁有機(jī)器人工程學(xué)士學(xué)位和相關(guān)研究生課程,，處于機(jī)器人教育和研究的前沿

Nemitz解釋道：“這些機(jī)器人配備了麥克風(fēng)和攝像頭等傳感器,，將增強(qiáng)救援人員的能力，特別是在自然災(zāi)害時(shí),。為了確保能夠在緊急情況下做出快速,、動(dòng)態(tài)的響應(yīng)，我們必須不斷創(chuàng)新和開發(fā)新技術(shù),。機(jī)器人技術(shù)正處于這一發(fā)展的前沿,。”

作為項(xiàng)目的一部分,，Nemitz還將為伍斯特縣的女高中生舉辦機(jī)器人實(shí)踐夏令營(yíng),。這與WPI推出新的3D打印機(jī)器人本科課程的計(jì)劃相一致。