科学家以海蛇尾为灵感开发软体机器人拥有五条腿可在水下自由行走

卡内基梅隆大学的研究人员最近开发了一个不受束缚的软机器人，名为帕特里克(PATRICK)，人工复制了海蛇尾的结构和行为。海蛇尾是一种海洋无脊椎动物，与海星关系密切。有关这款独特的仿生机器人的论文发表在arXiv上，它可以利用形状记忆合金(SMA)导线驱动的五条腿在水下爬行。进行这项研究的研究人员之一扎克帕特森告诉TechXplore说:这项工作是我们实验室先前工作的自然延伸，即用肌肉丝代替电动机来制造不系绳的软机器人。我们对帕特里克的灵感来自海蛇尾，它是海星的亲戚，异常敏捷。帕特森和他的同事着手开发一种软机器人，它可以完成简单的水下任务，还可以提高目前对海蛇尾及其水下爬行行为的了解。为了最有效地复制海蛇尾在水下行走的能力，研究人员认为，他们的机器人不应该被拴在外部硬件上，这样可以让它更自由地移动。他们开发的机器人帕特里克有五个由SMA线圈供电的四肢。SMA是一种具有许多优越性能的金属，包括室温下的高柔韧性和加热时的独特性能。事实上，当电流施加到它身上时，SMA金属会迅速升温并恢复到过去的形状。我们使用这些可变形的线圈作为一种肌肉，让机器人的腿向想去的方向弯曲。帕特森说，这个机器人主要是由硅树脂制成的，这使得它非常灵活，并且防水。为了控制帕特里克的动作，我们开发了几种基本的动作:特定的形状变化模式，在整个移动机器人的四肢之间进行协调。除了高度的灵活性，帕特森和他的同事希望这一机器人能够感知周围的环境，并自主选择移动的方向。为了实现这一目标，他们开发了一个框架，允许机器人在水下与设备进行无线通信。这为帕特里克提供了额外的功能，使其不仅依赖于构成其主体的相对廉价的硬件组件，还允许它自主地感知其环境并执行计算。帕特森和同事们开发的这一软机器人的另一个有趣特性是，它可以在水下执行各种各样的可能的动作，因为它的腿是由几个可以以不同方式重新排列的SMA肌肉组成的。这在移动软机器人中比较少见，它们通常只能做一些简单的动作或移动方式。在未来，这个由研究小组开发的以海蛇尾为灵感的机器人可能会有许多有用的应用。例如，它可以用来进行地质勘探，实现微创的生态或生物采样。此外，帕特森和他的同事希望帕特里克也能帮助研究海蛇尾运动背后的机制。在接下来的研究中，我们将试验更多的控制和规划算法，开发用于控制的机器学习方法，并在结构中安装传感器，使机器人能够处理更广泛的有用任务。帕特森说，正如我们在最初的目标中提到的，我们还计划使用帕特里克来更好地理解海蛇尾的移动和水下行走。

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