哈佛研究出基于開源硬件和3D打印的軟體機器人

軟體機器人是一個新興機器人學(xué)領(lǐng)域,。它是由生物學(xué)得到啟發(fā),，利用柔性,、可延展材料制成的結(jié)構(gòu)結(jié)合而成的機器人。

神馬是軟體機器人?

軟體機器人是一個新興機器人學(xué)領(lǐng)域,。它是由生物學(xué)得到啟發(fā),，利用柔性、可延展材料制成的結(jié)構(gòu)結(jié)合而成的機器人,。許多動植物都有柔性,、彈性的身體結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)它們所處的環(huán)境,。這些天然生物系統(tǒng)啟發(fā)我們在軟體機器人方面的發(fā)展,，以此精心設(shè)計的零件幾何結(jié)構(gòu)使我們能夠?qū)��?fù)雜動作進行“預(yù)編程”處理——即利用了柔性彈性材料本身特性。比起傳統(tǒng)剛性機器人來說,，柔性材料制成的機械結(jié)構(gòu),，搭配上智能處理使設(shè)計者們能簡化處理更多復(fù)雜的機構(gòu)和軟件控制。而軟體機器人天生的適應(yīng)性是它們在多個領(lǐng)域任務(wù)和環(huán)境中能發(fā)揮所長,。比較典型的用處是,，它們很適合進行人機交互，幫助人類進行日�,；顒�,，處理微創(chuàng)手術(shù)等。

那么神馬是軟體機器人套裝呢?

軟體機器人套裝集合了多個共享資源,，用以幫助用戶設(shè)計,、生產(chǎn),、建模、個性化及控制軟體機器人設(shè)備,。套裝被設(shè)計為教學(xué)研究的一部分,，由哈佛大學(xué)生物設(shè)計實驗室所主持。套裝的最終的目標(biāo)是拓展軟體機器人研究領(lǐng)域,，使設(shè)計者和研究者們能各自進行對此方面的研究工作,。套裝包括一塊開源流體控制板、描述各方面零件的細節(jié)性技術(shù)文檔(包括電動執(zhí)行機構(gòu)和傳感器),，以及能被下載的用于設(shè)計,、生產(chǎn)和操作的相關(guān)文檔。利用低成本原料及日益成熟的快速成型技術(shù)(例如3D打印機,、激光切割機,、數(shù)控機床等)，這個套裝得以將軟體機器人零件生產(chǎn)簡化且經(jīng)濟下來,。

在外殼結(jié)構(gòu)上,，軟體機器人主要分為三層。

內(nèi)部遇到壓力,，軟體機器人就會卷曲,。

有了它直接就能捏碎酒瓶啦。
這里有一段視頻：
http://v.qq.com/page/b/0/a/b0138ahsy0a.html
看完這些激動人心的片段后,，小編來解說一下它的工作原理,。
首先是外形材料與結(jié)構(gòu)上的。如果一開始就使用剛性材料,，哪怕后續(xù)程序做得如何出神入化,，機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動多么靈活，都不可能產(chǎn)生那么細膩的動作,。要知道,，即使是人類本身的皮肉也是柔軟的。在這方面,，軟體機器人采用了布料,、纖維、硅膠等廉價輕巧的材料進行制作,。而且,，使用了模具后，還能快速成型,。比起傳統(tǒng)機器人來說,，生產(chǎn)速度得到加快。在應(yīng)用方面,，它能更好地模仿心臟,、肌肉,，制作出人工心臟、模擬人手的手套之類的產(chǎn)品,，并有著原本模仿樣本那樣的功能與力量,。
接著就是變形原理。因為使用了柔性材料,，就不需要關(guān)節(jié),、螺絲、齒輪這些朋克時代的東東,，取而代之的是更加簡單的結(jié)構(gòu)——流體壓力系統(tǒng),。它的原理就像生日聚會期間人們吹的卷紙那樣，只是倒了過來——壓力增大時候卷曲,，撤銷壓力時候恢復(fù)平整。要做到這一點,，就靠外殼結(jié)構(gòu)上設(shè)置了不可延展部分,。當(dāng)機器的外環(huán)可以延展，而內(nèi)環(huán)不可延展時,，在壓力的作用下,，自然會卷曲起來了。
輪到控制系統(tǒng),。配合機體上數(shù)條螺旋分布的管線,，只要控制其中數(shù)條產(chǎn)生壓力，或制造不同管線之間的壓力差,，就能控制出軟體機器人不同的運動姿態(tài),。加上壓力和動作傳感器的幫助，它回饋的信息控制泵,、閥門等進行聯(lián)動,，從而實現(xiàn)體感控制之類的功能。附帶一提,，它所用的傳感器也是柔性傳感器,，軟體機器人就不會摸起來有沙粒般硌著的感覺了。

那么軟體機器人套件中主要部件到底具體有何功能?

1.氣動彎曲網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器

這是個哈佛大學(xué)原創(chuàng)產(chǎn)品,。它主要由人造橡膠所構(gòu)成,，里面充滿了一系列氣囊和通道，在充氣放氣時產(chǎn)生收縮舒張動作,。軟體機器人膨脹規(guī)模由里面氣囊和通道所決定,，當(dāng)不斷壓縮氣體時，它將達到最大尺寸限度值,。當(dāng)然,，設(shè)計者們可以進行“預(yù)編程”——即改變內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)或管壁厚度,，以達到自己想要的動作。配合不同材料組合起來,，動作種類還可以增多(就是利用了不同材料受力時的膨脹系數(shù)不同,，中學(xué)時候?qū)W過的胡克定律f=kx中k的不同導(dǎo)致的結(jié)果)，產(chǎn)生諸如扭麻花,、心機收縮等效果,。

2.纖維驅(qū)動器

這也是哈佛大學(xué)原創(chuàng)產(chǎn)品，目的是將橡膠氣囊收束限制在一定形狀,，里層的材料就像氣球,，當(dāng)壓入氣體時，它會盡可能向周圍膨脹,。而當(dāng)加上纖維支架后,，它只能橫向膨脹，不再是毫無目的地延伸,。當(dāng)加上上面提到的不同膨脹系數(shù)材料作為底板時,，就能產(chǎn)生卷曲扭曲的效果了。

在對比兩種驅(qū)動功能上,，它們各有千秋,。動作上，纖維驅(qū)動因為結(jié)構(gòu)之間縫隙細密,，等于有了類似關(guān)節(jié)的效果,，做出的動作就比較多樣，而氣動驅(qū)動只能完成單一整體的動作,，對分段動作無力,。但是，制作這樣的纖維驅(qū)動器工序卻比氣動驅(qū)動器麻煩,。同樣在3D打印的條件下,，后者不需要一小時就能制作完成，而前者卻需長達五天,，且要動用6個模具,。

3.氣動人造肌肉

McKibben氣動肌肉早在1950年代已被發(fā)明出來，用于醫(yī)療矯治用途,。重量輕巧,，制作容易，自我限制(就是有最大收縮尺寸),，還有和人類相似的肌肉彎曲曲線,。結(jié)構(gòu)上，在編制而成的網(wǎng)眼中有可膨脹支架或管道，兩端都被封住,。當(dāng)內(nèi)部支架充氣膨脹時,，外圍的結(jié)構(gòu)就能將周圍輻射狀的膨脹方向收束到線性膨脹方式。

人造肌肉能有最大25%的延展率,，有些特殊型號甚至能到40%,。盡管設(shè)計上它們被用作延伸用途，但實際上用處不大,，這容易造成肌肉變形彎曲,。(就是機械疲勞了)
4.SDM手指

層積成型技術(shù)(SDM)是一種快速原型生產(chǎn)方式，它將所有元件在加工件上同時一起裝入,，使用包括鉆洞,、鑲嵌等工序。在這里,，它一次將所有傳感器,、電機、支撐物等組合成型,。這樣制作出來的機械手指,，擁有廣闊的使用領(lǐng)域和動作流暢性，能完成諸如拾起籃球,、用鑰匙開門之類的動作。
5.介電彈性體致動器

6.EGaIn傳感器

這些傳感器利用液態(tài)金屬(銦鎵共晶合金,，又稱EGaIn)在可變形的微管道內(nèi)的形變數(shù)據(jù)工作,。在變形時，幾何結(jié)構(gòu)的改變將導(dǎo)致其電阻變化,。(就是中學(xué)物理說過的,，導(dǎo)體越粗越短則電阻越小，而液態(tài)金屬可以變形,，具有可塑性,。)得到電阻變化的數(shù)據(jù)，就能計算得知軟體機器人形變的狀態(tài),。

7.TakkTile傳感器

TakkTile傳感器價格不貴,，敏感度高，容易制作,，工作原理基于微電子氣壓計,，有一封閉的氣室承受到壓力而產(chǎn)生信號。它能探知從一到幾十克的碰觸壓力,，而且容易嵌套進橡膠結(jié)構(gòu)內(nèi),。高級的TakkTile傳感器甚至能承受高達25磅(11千克左右)的壓力。

8.流體控制板

軟體機器人的流體控制板是開源的，能夠控制氣動驅(qū)動器和纖維驅(qū)動器,。這個部件主要用于教學(xué)用途,，使學(xué)生們很快能上手控制軟體機器人的動作。
控制板包括一個泵(泵入或泵出流體)和一套螺線管閥門(用來開關(guān)控制流入系統(tǒng)內(nèi)的流體),�,？刂瓢蹇墒謩涌刂�(就是開啟開關(guān)和閥門)或利用Arduino控制器來自動編程控制。

信息來源：愛創(chuàng)作愛制作DIY