史上最??！哈佛出品的2厘米“四足小強”來(lái)了
加入技術(shù)交流群
仿生機器人越來(lái)越成為機器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)了。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202006/414530.htm2013 年，哈佛大學(xué)微型機器人實(shí)驗室研究人員仿照“小強”打造了一款看上去有點(diǎn)瘆人的四足微型機器人 HAMR，其重約 3g、長(cháng)約 5 厘米，體積與現實(shí)生活中的蟑螂相似。
四足“小強”移動(dòng)的畫(huà)面放慢 20 倍就是這樣的。
近日，在機器人領(lǐng)域頂會(huì ) ICRA 2020（IEEE International Conference on Robotics and Automation，國際機器人與自動(dòng)化會(huì )議）上，研究團隊介紹了更為迷你的升級版 HAMR-Jr，其重量?jì)H為 HAMR 的十分之一，還沒(méi)有現實(shí)中一只蟑螂的腿高，是當前最小、速度最快的昆蟲(chóng)仿生機器人之一。
前所未有的‘四足小強’
實(shí)際上，HAMR 是 Harvard Ambulatory MicroRobot（哈佛移動(dòng)微型機器人）的縮寫(xiě)，這款機器人靈活、體積小的特點(diǎn)通過(guò)其名字便可略知一二。
在 2013 年推出 HAMR 之后的幾年，研究團隊曾不斷基于 HAMR 嘗試技術(shù)突破。
比如，2018 年研究團隊設計了會(huì )踩電門(mén)的“小強” HAMR-E。簡(jiǎn)單來(lái)講，HAMR 能夠自己深入自己體內，檢查部件工作是否正常。不過(guò)，當時(shí)的 HAMR-E 質(zhì)量、體積與 HAMR 差距不大，有點(diǎn)像是功能優(yōu)化。
而 ICRA 2020 上公布的 HAMR-Jr 相比此前的更新，可以說(shuō)是前所未有。
那么我們來(lái)看看 HAMR-Jr 的相關(guān)參數。
根據上面的動(dòng)圖就能發(fā)現，HAMR-Jr 依然沿襲了四足設計，在外形上與 HAMR 差距不大。
不過(guò)，HAMR-Jr 最大的變化就在于體積：重 320 毫克，長(cháng) 2.25 厘米。HAMR-Jr 可謂是小而靈活，能小跑、前屈、跳躍、搬運重物，還能像螃蟹一樣橫著(zhù)走。
HAMR-Jr 獨立驅動(dòng)自由度為 8。另外，通過(guò)壓電致動(dòng)器的驅動(dòng)，HAMR-Jr 可以以每秒 14 個(gè)身長(cháng)（30 厘米）的速度移動(dòng)，平均步頻和最佳共振點(diǎn)為 200 Hz，最高近 300Hz。
值得一提的是，由于受到運動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)和肌肉纖維激活的生物極限的制約，自然界中昆蟲(chóng)步頻最快也無(wú)法達到 200Hz。這一點(diǎn)正如論文合著(zhù)者之一、科羅拉多大學(xué)博爾德分校 Kaushik Jayaram 所說(shuō)：
HAMR-Jr 的步頻可以超過(guò) 200 Hz，這在陸地生物系統中是前所未有的，而且這種高步頻下的運動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究也是前所未有的。
另外，HAMR-Jr 還有一項指標值得關(guān)注——在有效載荷達到其自身質(zhì)量（320 毫克，比如電池和一些傳感器）的情況下，其性能變化不大。
不過(guò)，這里也有一定的改進(jìn)空間。
雷鋒網(wǎng)了解到，一些探索性試驗表明，HAMR-Jr 的有效載荷至少達 3.5 克。
再來(lái)看看 HAMR-Jr 的制造過(guò)程。
通過(guò)印刷電路微電子機械系統（PC-MEMS）制造工藝，機器人零部件被蝕刻成 2D 片，再通過(guò)靈活的鉸鏈進(jìn)行連接，形成 3D 結構。通過(guò)縮小 2D 蝕刻片、致動(dòng)器和板載電路，在功能不變的前提下，機器人的體積得以縮小。
能上太空，也能探索地下
據悉，這一研究得到了 DARPA（美國國防高級研究計劃局）的支持，與此同時(shí)，另一項仿生微型機器人研究項目更是獲得了美國國防部 53.8 萬(wàn)美元的資助。
這一項目名為“人類(lèi)自動(dòng)化、信任和依賴(lài)研究的群體合作平臺”（Human Swing Teaming Team Platform for Research in Human in Human Automation Trust and Reliance）由加州州立大學(xué)北嶺分校機械工程教授 Nhut Ho 領(lǐng)銜。
實(shí)際上，這一項目的合作成員也都實(shí)力不凡，可以說(shuō)是強強聯(lián)合——NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗室、擁有網(wǎng)紅機器人的波士頓動(dòng)力公司、英特爾、加拿大機器人公司 Clearpath Robotics、德國機器人公司 Telerob、位于硅谷的激光雷達公司 Velodyne 和位于洛杉磯的軍用級戰術(shù) MIMO 無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)發(fā)商 Silvus Technologies。
雖然項目還在進(jìn)行當中，具體成果尚未可知。但在加州州立大學(xué)北嶺分校的網(wǎng)站上，Nhut Ho 公開(kāi)了其想法，將仿造昆蟲(chóng)制造機器人：
我們從螞蟻和蜜蜂身上得到了啟發(fā)，它們能自我組織。應對不同任務(wù)，它們會(huì )采取最佳的解決方案進(jìn)行團隊合作，即使出現了團隊成員失敗的情況，任務(wù)依然可以完成。
雷鋒網(wǎng)（公眾號：雷鋒網(wǎng)）注意到，Nhut Ho 還有一個(gè)頭銜：NASA 旗下的 STEAMH 自主技術(shù)研究中心創(chuàng )始主任。STEAMH 一詞由科學(xué)、技術(shù)、創(chuàng )業(yè)、藝術(shù)、數學(xué)和人文學(xué)術(shù)幾個(gè)英文單詞的首字母組成，這也代表著(zhù)該研究中心的跨學(xué)科研究方向。
正因如此，這一項目旨在研發(fā)的機器人不僅將關(guān)注諸如搜索救援、采礦或一些極端環(huán)境中的陸地應用，也將用于 NASA 的行星探索。
對此，Nhut Ho 表示：
要探索火星表面和空洞，一群微型機器人將比大型機器人單槍匹馬地完成任務(wù)更為有效。
與此同時(shí)，由于項目合作伙伴之一 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的一個(gè)團隊曾在 DARPA“地下挑戰賽”中獲得過(guò)第一名，在自動(dòng)快速地繪制、導航和搜索地下環(huán)境方面有很好的基礎，因此這一項目最終設計的機器人也將會(huì )在地下場(chǎng)景中有所應用。
而上文提到的 HAMR-Jr 其實(shí)也有相似的用途，正如 Kaushik Jayaram 在接受 IEEE 采訪(fǎng)時(shí)所說(shuō)：
我希望看到像 HAMR-Jr 這樣的微型機器人產(chǎn)生積極的社會(huì )影響，我設想的途徑主要有四個(gè)：搜索救援、高價(jià)值資產(chǎn)檢查、環(huán)境監控以及藥物方面的輔助。
由此可見(jiàn)，一方面，研究人員在微型仿生機器人領(lǐng)域不斷探索、追求極致；另一方面，機器人的實(shí)際應用場(chǎng)景也不斷被拓寬。
評論