将柔性微型机器人加入可变刚度设计 提升有效负载能力

在人工智能和机器人领域，柔性微型机器人的研发正在进入快车道。它们不仅可以进行结肠镜检查、进行微创手术，还能对古典绘画进行精细的润色操作。这一切得益于被动顺应性技术，使机器人能够根据任务需求调整自身状态，提高效率和安全性。不过，哈佛大学的研究人员却认为，提高机器人效率和安全性并非没有代价，因为被动顺应性限制了它们的有效载荷能力，从而限制了机器人的活动类型。

为了解决这一问题，研究人员提出了一种新的方法，他们设计了"软机械臂"，采用局部加固的理念来增强机械臂的强度，从而能够处理更大的有效载荷。这种局部加固是通过可变刚度致动器（VSA）实现的，它通过使用杠杆臂、弹簧机构、形状记忆材料和随温度变化的组件来控制机械臂的柔韧性。VSA使机械臂能够在运动中主动调整其内在顺应性，从而实现更快、更安全的运动控制。

这项研究中的灵感源自大自然中的海参，它们利用僵化来保护自己免受捕食者的伤害。海参在需要灵活性时表现出柔软性，但在需要固定时则变得坚硬。这种可变化的概念在机器人领域中得到了成功的应用，通过拮抗致动实现了机器人的柔韧性和强度的兼具。

麻省理工学院的研究人员也采用了柔性和顺应性的方法，开发了一种机器人系统，它可以握住物品并施加微调的力来执行各种任务，例如用笔写字或用注射器压出液体。这一系统被称为"系列弹性末端效应"，利用软泡泡夹具和摄像头来筛选六维空间内的活动，实现机器人的灵活性和精准性。

这些研究表明，柔性和顺应性是未来机器人发展的关键。通过提高机械臂的有效载荷能力，同时保持其利用顺应性在复杂环境中导航和与人类及易碎物体互动的能力，机器人可以更广泛地应用于各种领域。这一领域的不断创新将为机器人技术带来新的可能性，激发了人们对机器人在未来的应用潜力的思考。

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目前的人工智能机器人在微小活动方面取得了巨大进步。

有机器人进行结肠镜检查，对血管进行显微手术 血管和神经细胞，设计 电路板制造精致的钟表，对褪色、老化的古典绘画大师的画作进行精细的润色操作。

机器人能够处理易碎物品，得益于研究人员所说的被动顺应性。即能够根据特定任务改变自己的状态 特定任务.

例如，它们的 "手 "可以调整形状，以适应形状奇特的器械。此外，它们还能调整压力，用来抓取从沉重的箱子到装有易挥发化学物质的易碎烧瓶等各种物品，以完成精细的手术。

这种被动顺应性允许机器人结构在遇到外力时屈服或变形。它能确保与人类主体进行更有效的互动，更重要的是，能确保更安全的操作。

然而，哈佛大学的研究人员指出，提高效率和安全性是有代价的。他们说，被动遵从限制了有效载荷能力，从而限制了机器人所能处理的活动类型。

因此，他们设计了一个模型，其中包含的改进措施有可能 "提高（机械臂）在各种任务中的效率，包括物体操作和探索杂乱环境"，论文发表于8月30日的《科学机器人学》（Science Robotics）杂志上。

这些 "软机械臂 "采用了局部机身加固的理念，从而有效地增强了机械臂的强度，使其能够处理更大的有效载荷。这种加固是通过使用可变刚度致动器（VSA）来实现的，这种致动器通过使用杠杆臂和弹簧机构、形状记忆材料和随温度变化的组件来控制机械臂的柔韧性。

这项研究的作者丹尼尔-布鲁德（Daniel Bruder）说："VSA 可以让刚性机器人在运行过程中主动调整其内在顺应性，从而实现更快、更安全的运动控制，""通过局部加固，提高软机械臂的有效载荷能力"。

观察者可以看到可变僵化概念在大自然中的作用。海参 海参利用僵化来保护自己免受捕食者的伤害，当受到威胁时，它的外壳会瞬间变硬。海参在泥泞的海底钻洞时表现出灵活性，但当它们需要固定在原地时就会变硬。

"我们的硬件实验证明了可调顺应性的实际优势，以及通过拮抗致动实现这一功能的可行性，"Bruder 说。

麻省理工学院的研究人员也解决了同样的问题。该研究所的计算机科学与人工智能实验室与丰田研究所合作，开发出了一种 机器人该机器人可以握住物品并施加微调的力来执行任务，例如用笔写出单词或用注射器压出液体。

该系统被称为 "系列弹性末端效应"，它使用软泡泡夹具和摄像头来筛选六维空间内的活动--左右、上下、前后、偏航、翻滚和俯仰。

正如麻省理工学院去年的一篇博文所解释的那样："刚体机器人和它们的同类产品只能带我们走这么远；柔软和顺应性让我们能够奢侈地变形，能够感知工具和手之间的互动"。

哈佛大学的布鲁德称，他的团队的研究将在未来开发出能力更强的机械臂，"通过提高它们的有效载荷能力，而不牺牲它们利用顺应性在障碍物多的环境中导航以及与人类和易碎物体安全互动的能力"。 

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