昆虫帮助机器人获得更好的抓地力

这种特殊的机器人脚可以适应曲面,从而提供牢固的支撑。
©Poramate Manoonpong

一个国际生物力学研究小组在昆虫的启发下优化机器人的动作。

整整一代的抓人机器人已经被开发出来了,他们使用的设计理念最初是从鱼鳍中了解到的。由南丹麦大学(SDU)领导、基尔大学(CAU)参与的一个生物力学国际研究小组,现在已经从昆虫的启发中优化了这种抓握功能,并挑战了机器人技术的这一标准。他们还首次将它从手元素转移到脚元素。这不仅能让机器人用更少的能量抓地力更好,还能让机器人在不平整的地面上更好地行走。该研究结果发表在《先进智能系统》杂志上,并作为当前印刷版的封面故事。

特别是良好的接触:丛林板球就是一个典范

受昆虫启发而设计的不同的脚,机器人还可以在管道或岩石等棘手的表面行走。
©Poramate Manoonpong

许多机器人可以在没有太大压力的情况下,用其抓握元件牢牢地包围目标物体。这种特殊的智能结构可以变形,以符合物体的表面轮廓。这是基于所谓的Fin-Ray效应。“这很有趣:如果你按压一个锋利三角形的一边,它不会像你想象的那样远离你,而是朝着你弯曲。”它不会屈服于压力的方向,而是向压力来的方向弯曲,”中国农业大学的动物学教授斯坦尼斯拉夫·戈尔布这样描述这一现象。大约25年前,德国生物学家莱夫•克尼塞(Leif Kniese)首次在鱼鳍上观察到这种效应,因为鱼鳍最能适应不同的水流条件。他发现这是由尾鳍的内部结构造成的。

类似的横梁也可以在许多昆虫的足部元素中找到。它们帮助它们更好地适应表面,并安全地附着自己。“这是我们的关键研究问题之一:昆虫如何能在不使用太多力量的情况下很好地附着在表面上?”他们如何创建必要的联系区域?这是戈尔布在基尔大学“功能形态学和生物力学”研究小组的研究重点。他和来自基尔的团队一起,研究了各种昆虫的脚,比如灌木蟋蟀Tettigonia viridissima的脚。虽然“Fin-Ray”®抓爪的横梁以90度角附着,但昆虫附着垫的角度是不同的。

更强的抓地力-抓地力机器人行业的新设计?

对于Fin-Ray®效应,还没有对不同横梁角度的影响进行详细的研究。基尔大学的研究人员现在已经使用计算机模拟来计算在每种情况下会作用于抓取元素及其目标物体的力。他们通过实验和3D打印机结构模型的力测量来验证他们的结果。

Gorb说:“只要改变小角度,设备就能更容易地在物体周围弯曲,从而提供更强的抓地力,而所需的力也更小。”第一作者Poramate Manoonpong说:“这意味着我们可以用一种更温和的方式为机器人节省20%左右的能量。”“我们可以使用机器人抓手的抓取机制,它可以处理非常脆弱的物品,比如食物,而且使用的力和能量大大减少。它可能会对整个行业制造机器人抓爪的方式产生影响。”Manoonpong是SDU和泰国Vidyasirimedhi科学技术研究所(VISTEC)的生物机器人学教授。许多共同的想法在几年前就已经出现了,当时Manoonpong在Gorb的邀请下在基尔度过了一个学期,作为CAU斯堪的纳维亚访问教授的一部分。

适用于工业设施中不平整的走道

最后,研究小组的基尔团队测试了如果他们将这种改进的抓取功能应用于机器人的手到脚,会发生什么。他们制造的机器人足部内部横梁朝向不同的角度。这使得它们可以在石头或管道周围弯曲,并与它们有很大的接触面积。在丹麦欧登塞的SDU和泰国罗勇的VISTEC进行了测试,在那里,一个单腿机器人平台被设置在管道上行走,在那里,一个六足机器人被要求通过一组管道或岩石地形。在这里,他们可以看到,与传统的横梁角度为90°的机器人系统相比,横梁最佳角度为10°的机器人系统消耗的能量更少,移动速度更快,也更容易。Manoonpong说:“这是油气行业所需要的。

尽管结果很有希望,但这项研究是基于一种非常柔软的材料制成的夹持器。该团队现在面临的挑战是制造一种抓手,不仅能弯曲和抓地力,而且还将足够坚固和强壮,以应对任何环境。

照片是可用的:
https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2022/13-Roboterfuss-1.jpg
描述:受昆虫启发设计了不同的脚,机器人还可以在管道或岩石等棘手的表面行走。
©Poramate Manoonpong

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2022/13-Roboterfuss-2.jpg
描述:这种特殊的机器人脚可以适应曲面,从而提供稳固的支撑。
©Poramate Manoonpong

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2022/13-Roboterfuss-3.jpg
描述:所谓的Fin-Ray®效应:如果在内部有特殊横梁的锋利三角形上施加压力,它不会屈服,而是沿着压力产生的方向弯曲回去。
©哈米德Rajabi

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2022/13-Roboterfuss-4.jpg
描述:来自基尔的研究小组对灌木蟋蟀Tettigonia viridissima的脚进行了更详细的研究:在扫描电子显微镜的横截面下,他们展示了与鳍射线效应中看到的相似的内部结构。
斯塔尼斯拉夫·戈尔博©

https://www.uni-kiel.de/de/pressemitteilungen/2022/13-Roboterfuss-5.jpg
描述:各种光滑的昆虫附着垫的内部结构也可以为提高机器人的抓握功能提供见解:方案显示(从右上顺时针方向)大多数附着垫都是一般的纤维状;在蝉(Auchenorrhyncha)中发现的泡沫型;在灌木蟋蟀(直翅目)中发现的等级类型显示在a;细丝状蜜蜂(膜翅目)。
斯塔尼斯拉夫·戈尔博©

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

斯坦尼斯拉夫·戈尔布教授
功能形态学与生物力学“,
Christian-Albrechts-Universität祖基尔大学/基尔大学
电话:+49 431 880-4513
电子邮件:sgorb@zoologie.uni-kiel.de
网络:http://www.sgorb.zoologie.uni-kiel.de/

教授Poramate Manoonpong
生物机器人
南丹麦大学
电话:+ 45 6550 - 8698
电子邮件:poma@mmmi.sdu.dk
网络:https://portal.findresearcher.sdu.dk/en/persons/poma

Originalpublikation:

Poramate Manoonpong等人,节能机器人运动的高效足部设计的鳍射线横梁角度,先进智能系统(2021年)。DOI: 10.1002 / aisy.202100133https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202100133

Weitere Informationen:

https://www.uni-kiel.de/en/details/news/013-roboterfuss链接到新闻稿、视频(©Poramate Manoonpong):

http://www.kinsis.uni-kiel.de/en网站KiNSIS -基尔大学跨学科优先研究领域KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science)

媒体接触

Eva Sittig press, Kommunikation and Marketing
Christian-Albrechts-Universitat祖茂堂基尔

所有来自类别的最新消息:跨学科研究

跨学科研究领域的新闻和发展。

在其他主题中,你可以找到与微系统、情绪研究、期货研究和平流层研究相关的刺激性报告和文章。

回到家里

评论(0)

写一个评论

最新的文章

模拟揭示了janus粒子的重要意义

纳米粒子的界面扩散受其形状和表面涂层的影响较大。Janus粒子以罗马神命名,指的是表面有两个或更多不同的纳米颗粒。

你的量子计算机需要多大?

量子计算机需要多大的尺寸才能破解比特币加密或模拟分子?预计量子计算机将带来颠覆性的影响,并可能影响许多行业。所以…

饥饿的酵母是微小的活温度计

细胞膜对我们的细胞至关重要。你身体里的每个细胞都被一个细胞包围着。每一个这样的细胞都有特殊的隔间,或者说细胞器,它们也被包围在…

合作伙伴和赞助商