當(dāng)機(jī)器人具備應(yīng)激反應(yīng)——超快速響應(yīng)軟體手

????????警用裝備網(wǎng)訊：?應(yīng)激反應(yīng)是生物體的基本特征

　　膝跳、眨眼、縮手等應(yīng)激反應(yīng)

　　幫助人類應(yīng)付各種突發(fā)情況

　　當(dāng)機(jī)器人具備了生物體的應(yīng)激反應(yīng)能力

　　近日，國際著名學(xué)術(shù)期刊 Advanced Science (IF=16.806) 封底刊發(fā)了來自浙江大學(xué) 鄒俊教授課題組的高速軟體抓手的最新研究成果。林楊喬博士是論文的第一作者，鄒俊教授為論文通訊作者。

　　論文A Bioinspired Stress‐Response Strategy for High‐Speed Soft Grippers 受到了捕蠅草捕食反射的啟發(fā)，將應(yīng)激反應(yīng)策略應(yīng)用于軟體抓手上， 設(shè)計和制造了一種兼具快速響應(yīng)和精確控制能力的軟體抓手，這個軟體抓手既能夠接住高速飛來的棒球，還能夠輕巧地抓取各種易碎的物體。

　　應(yīng)激反應(yīng) 是生物體的基本特征之一，動植物基于應(yīng)激反應(yīng)的方式對外界環(huán)境刺激做出快速反應(yīng)。 一個典型例子是捕蠅草的捕食反射： 捕蠅草能夠通過其柔軟的末端葉瓣以極快的速度感知和捕食昆蟲。 論文中提出的高速軟體抓手(High-speed Soft Gripper)正是模仿了捕蠅草的應(yīng)激捕食方式，通過雙穩(wěn)態(tài)軟結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下的不穩(wěn)定性，使 高速 軟體 抓手 能夠感知機(jī)械刺激并立即致動。

　　文中的高速軟體抓手的設(shè)計受到了蜘蛛液壓關(guān)節(jié)的啟發(fā)，實現(xiàn)了可重復(fù)、可控的應(yīng)激反應(yīng)。為了適應(yīng)捕獵需求，蜘蛛腿部的主要關(guān)節(jié)（即股骨-髕骨和脛骨-跖骨關(guān)節(jié)）內(nèi)部完全充滿了屈肌。而伸展腿部關(guān)節(jié)則是利用其前體血淋巴壓力的增加。文中的高速軟體抓手采用了類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用預(yù)拉伸的彈性繩模擬收縮肌肉和肌腱，氣動壓力模擬血淋巴壓力。

　　通過獨特的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)手指感知到外界的觸碰時，能夠產(chǎn)生快速的彎曲跳變。

　　通過主動控制氣壓來改變跳變的敏感度。

　　也可以實現(xiàn)主動跳變。

　　利用其手指末端的被動感知的能力，完成物體的自動抓取。

　　適應(yīng)不同形狀的物體抓取。

　　無需傳感器即可感知到遞過來的瓶子。

? ? ? ?通過主動壓力控制，進(jìn)一步拓展了抓取的適應(yīng)性。

　　輕巧地抓取蛋黃等易碎物品。

　　應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制是生物體應(yīng)對復(fù)雜多變環(huán)境的一種底層機(jī)制。盡管高等生物已經(jīng)進(jìn)化出了基于大腦的決策系統(tǒng)，但是仍然保留了這個底層機(jī)制對環(huán)境變化做出快速響應(yīng)。類似的機(jī)制可以在一些簡單的人工系統(tǒng)中看到，例如捕獸陷阱和電路中的熱斷路器。本文的工作取法自然，實現(xiàn)了軟體機(jī)器手“快速”與“靈巧”的統(tǒng)一，使其兼具靈巧操作和快速抓取的能力，為下一代高性能軟體機(jī)器人的設(shè)計提供了新的思路。

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