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软机器人可能成为未来的工厂工人

导读 机器人已经在我们中间了。不是武器化的无人机,而是工业机器人在工厂里与人类一起工作,如果发生事故,可能会造成重大伤害,偶尔会造成死亡。2015年,德国大众汽车(Volkswagen)一家
2020-02-03 12:53:04

机器人已经在我们中间了。不是武器化的无人机,而是工业机器人在工厂里与人类一起工作,如果发生事故,可能会造成重大伤害,偶尔会造成死亡。2015年,德国大众汽车(Volkswagen)一家工厂的一名员工被机器人捡起来压死。

工厂工人通常通过物理屏障与机器人隔开,以尽量减少事故。但这妨碍了除最基本的合作之外的一切。一个简单的方法,试图使机器人不那么危险,是把他们涂上泡沫,以吸收任何碰撞的影响。但这种方法只取得了有限的成功。另一种可能更有效的方法是让机器人自己变得柔软和柔软,所以它们更像一种肉质的动物,而不是一台冰冷、坚硬的机器。

这些软机器人将由轻质和可变形的材料,如塑料和橡胶制成。如果他们与某人相撞,后果就像撞到另一个人-令人讨厌,但不太可能造成伤害。因此不需要设置安全屏障,机器人和人类可以更紧密地合作。机器人可能会做艰苦的工作,支持一个沉重的组件,而人类执行一个复杂的装配任务。机器提供了体力,人提供了大脑,大大提高了目前人类与机器人的协作能力。

已经作出了一些努力,通过在马达和机械连杆之间放置弹簧来减少碰撞的影响。但是,弹簧而不是僵硬的机器人更难精确地控制。想象一下,试图用一根又长又灵活的鱼竿的末端击中一个目标。其他的系统已经被开发出来,可以在需要更精确的控制时从非常灵活的切换到僵硬的。但这些机器人仍然往往是沉重的,所以如果他们真的与人碰撞,可能会造成严重的伤害。

动物启发机器人

相反,最新研究的重点是灵活的机器人,其灵感来自没有骨骼的动物,如毛虫、蠕虫、章鱼或大象的躯干。它们将有一些独特的能力,比如在不损坏它们的情况下抓住精致的物体,或者把自己包裹在障碍物周围。因为它们重量轻,如果有碰撞,冲击力就会很低。此外,一个软机器人会在撞击时变形,将力量分散在更大的区域,并减少受伤的机会。

到目前为止,软机器人一般都很小,不能承载大量的重量。没有一个坚硬的骨架,更大的机器人,实际上是动物,就没有足够的力量来支撑自己的体重。这限制了软机器人的应用,如夹持器和手。

我和我在索尔福德大学的自主系统和机器人中心的同事已经建造了一个可变刚度的机器人手臂,我们希望它能朝着更大的软机器人取得进展。这个新的手臂重约1公斤,但可以举起和移动5公斤的负荷。这是一个远高于传统的僵硬工业机器人的功率-重量比。

传统的机器人是围绕一个骨架建造的,关节使其能够移动,而我们的设备使用了一系列由轻质橡胶和塑料囊制成的气动肌肉,当填充空气时它们就会收缩-本质上是一个充气机器人。它的形状和大小是由哪些肌肉膨胀决定的,它可以像大象的躯干一样弯曲、弯曲和僵硬。

就像在我们的身体里一样,机器人的一些肌肉的作用方向与其他的相反。如果机器人增加了所有肌肉的输出力,机器人就会变得更加僵硬。我们可以在我们自己的身体中看到同样的效果,如果我们紧张我们的三头肌和二头肌,我们的肘部保持在相同的位置,但关节变得更加僵硬。

这不是制造更大的软机器人的唯一方法。例如,另一种方法涉及使用人工肌腱将力从重型和刚性马达(远离人)传递到软臂。不同类型的机器人可能需要不同的方法。

尽管进行了这项研究,但开发大型和有用的软机器人仍然是一个挑战。一个机器人越大,它可能会越重,它会变得越危险。但新材料也许能在这里有所帮助。例如,被称为石墨烯的碳的二维形式非常强,但重量轻,而且灵活。所以也许有一天我们可以看到大型基于石墨烯的软机器人。有了这些进步,工厂工人很快就能看到障碍的解除,发现自己和机器人同事并肩工作。

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