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粘脚的机器人可以向上,向下和向四周爬上去

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-06浏览次数:1652

喷气发动机可以有多达25,000个零件,定期维护是一项繁琐的任务,每个发动机可能需要一个多月。许多部件位于发动机内部深处,无需拆卸机器就无法检查,增加了维护时间和成本。这个问题不仅限于喷气发动机;许多复杂,昂贵的机器,如建筑设备,发电机和科学仪器,需要大量的时间和金钱来投资检查和维护。

哈佛大学Wyss Bioinspired工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员创造了一种微型机器人,其中包括电动胶垫,折纸脚踝和专门设计的步行步态。可以垂直爬升和倒置的导电表面,例如商用喷气发动机的内壁。这项工作是在Science Robotics上报道的。

“现在这些机器人可以向三个方向探索,而不仅仅是在平坦的表面上来回移动。这是一个全新的世界,他们可以移动和参与,“第一作者SébastiendeRivaz说,他是前研究人员,现在在Apple的Wyss Institute和SEAS工作。 “总有一天,他们能够对大型机器难以触及的区域进行无创检查,节省公司的时间和金钱,使这些机器更安全。”

这款名为HAMR-E(Harvard Ambulatory Micro-Robot with Electroadhesion)的新型机器人是为了应对劳斯莱斯对哈佛微机器人实验室的挑战而开发的,询问是否有可能设计和建造一支军队。微型机器人可以爬上人类工作人员无法进入的喷气发动机部件。现有的攀爬机器人可以处理垂直表面,但在尝试扭转它们时遇到问题,因为它们需要大量粘附以防止它们掉落。

基于其现有的基于HAMR的微型机器人HAMR-E,该团队的四条腿可以在平坦的路面上行走并在水中游泳。虽然HAMR-E的基本设计类似于HAMR,但科学家必须解决许多挑战,以便HAMR-E成功地粘附并穿过它在喷气发动机中遇到的垂直,倒置和弯曲表面。

首先,他们需要创建一个粘性脚垫,即使在倒置时也能使机器人保持在表面上,并且还需要松开以允许机器人通过抬起和放置脚来“行走”。垫由聚酰亚胺绝缘铜电极组成,其能够在垫和下面的导电表面之间产生静电力。通过打开和关闭电场可以容易地释放和重新接合脚垫,这类似于移动机器人腿所需的电压,因此需要非常少的额外功率。电粘附垫脚产生5.56克的剪切力和6.20克的法向力 - 足以防止1.48克机器人从其爬升表面滑落或脱落。除了提供高附着力外,

科学家们还为HAMR-E创造了一种新的脚踝,它可以在三维空间中旋转,以补偿腿部移动时的旋转,使其保持在攀爬表面的方向。关节由分层玻璃纤维和聚酰亚胺制成,并折叠成纸状结构,允许所有腿的脚踝自由旋转,并在HAMR-E爬升时被动地与地形对齐。

最后,研究人员为HAMR-E创建了一种特殊的步行模式,因为它需要三个脚垫才能始终接触垂直或倒置的表面以防止其掉落或滑动。一只脚从表面释放,向前摆动并重新附着,而剩下的三只脚保持附着在表面上。同时,脚在抬起的脚的对角线上施加少量扭矩,以防止机器人在腿的摆动阶段期间远离攀爬表面移动。对其他三个腿重复该过程以产生完整的步行周期并且与每只脚上的电场切换模式同步。

当在垂直和倒置表面上测试HAMR-E时,它可以连续地实现超过一百步而不分离。它以与倒置表面上的其他小型攀爬机器人相同的速度行进,并且比垂直表面上的其他攀爬机器人稍慢,但是比水平表面上的其他机器人快得多,使其成为各种表面的探索。适合环境的好人选。太空中的不同安排。它还可以在水平表面上旋转180度。

HAMR-E也已成功地在喷气发动机的弯曲倒置部分周围进行操作,同时保持连接,并且其被动踝关节和粘性足垫可通过增加电粘附电压来适应发动机表面的粗糙和不平坦特征。

该团队正在继续改进HAMR-E,并计划在其腿部添加传感器,以检测和补偿分离的脚垫,这有助于防止它从垂直或倒置的表面上掉落。 HAMR-E的有效载荷能力也大于其自身重量,开启了携带电力和其他电子设备和传感器以检查各种环境的可能性。该团队还在探索在非导电表面上使用HAMR-E的选择。

“HAMR-E的这次迭代是第一个也是最有说服力的一步,表明这种方法可用于厘米级攀爬机器人,并且该机器人可用于探索任何类型的基础设施,包括建筑物。该文章的作者罗伯特伍德博士说,他是Wyss研究所的创始核心教员,也是SEAS查尔斯河的工程和应用科学教授。

“尽管学术科学家非常善于在实验室中提出基本问题,但有时候有必要与了解现实世界问题的工业科学家一起开发可以转化为有用产品的创新技术。我们很高兴能够帮助推动Wyss研究所的这些合作,并看到突破性的进展,“Wyss创始主任Donald Ingber,医学博士,博士,也是哈佛医学院和波士顿儿童医院项目血管生物学的Judah Folkman教授。血管生物学,SEAS生物工程学教授。