【创业24小时】2022年11月10日
06-17
7厘米，重45克。
它可以在陡坡上奔跑、在水中游泳、奔跑、跳跃、举起重物……而且它只是一个看起来像软糖的软体机器人。
也许它最霸气的一面就是它模仿的猎豹。
是的，它与追逐“糖蜜”的是同一种动物，但它也是陆地上速度最快的生物。
软机器人看起来像这样。
以“小猎豹”妖娆摆动的GIF开场【雷锋网注：基于软体机器人以猎豹为原型，为了阅读方便，文章称其为“小猎豹” 》】由于软体材料本身的限制，很难快速储存或释放大量的机械能，一般软体机器人的运动速度和操作强度也会受到限制。
不过，小猎豹之所以是小猎豹，就在于它与普通的软体机器人不同。
受到猎豹高速奔跑时脊柱活动机制的启发，研究人员在软体机器人的设计中采用了基于双稳态脊柱的混合软体执行器，通过可逆的直通双稳态实现类似的脊柱弯曲和伸展。
如此一来，小猎豹不仅能进行高速运动，还能游刃有余地处理高强度的物体。
该研究论文现已发表在《科学进展》上，题为“利用弹性不稳定性来增强性能：受脊柱启发的高速和高力软机器人”。
文章指出，小猎豹长约7厘米，重45克。
它主要由两部分组成：弹簧驱动的双稳态结构（充当骨骼脊柱）和两个软气动弯曲执行器（充当骨骼肌）。
想象一下猎豹奔跑时的姿势。
它的背部弯曲，四肢在空中伸展，落地时四肢收缩交错地踢在地上。
既然是以猎豹为原型，那么小猎豹也是这样跑的，如图： 图是这样的。
不过，当它移动的时候，看这移动姿势，就感觉猎豹正在被砍。
小猎豹能够使用软气动弯曲执行器在两种稳定状态之间实现快速、可切换的弹性扣合。
前面提到，一般软件机器很难储存和释放机械能。
因此，在设计猎豹时，研究人员添加了线性弹簧来连接猎豹的骨骼脊柱，并通过弹簧预紧或调整弹簧的刚度来实现能量存储。
在小猎豹的结构设计中，弹簧起到了放大器的作用，不仅增加了速度和力量，还增加了弹性调节空间。
研究人员将此设计称为“双稳态混合软执行器设计”。
II 和 III 是稳定状态。
从表现来看，猎豹在奔跑时，其骨骼脊柱会上下弯曲，四肢会在收缩和伸展之间变化。
当飞行或触底时，脊柱会伸展到极限，其柔软的气动弯曲将使执行器和弹簧处的能量处于低点，这称为“双稳态”。
值得注意的是，小猎豹目前还不能主动刹车，而是需要连接气管充气，通过气泵交替弹起，让小猎豹在向前踢腿和反向弓步之间跳跃。
猎豹是陆地上跑得最快的动物，速度可达29 m/s。
那么这款模仿猎豹的7厘米迷你猎豹机器人在实际动作中表现如何呢？机器虽小，但也不容小觑。
研究表明，在3Hz左右的低驱动频率下，小猎豹机器人的速度可以达到每秒2.7个体长，约18.75厘米/秒。
和猎豹的造型相比，小猎豹看起来并不是很强大。
但你要知道，小猎豹是软体机器人，和猎豹不是同一物体类型。
因此，将两者进行比较是没有意义的。
正确的比较对象应该是其他软体机器人。
与以往的软体机器人相比，它们的最快速度仅为每秒0.8个体长，而小猎豹的速度是其三倍多。
不仅如此，以前的软机器人只能在地上爬行，而小猎豹不仅可以上坡，还可以下水。
甚至在抓取物体方面也是尖子生。
表现最好的是小猎豹（左上）。
在爬山测试实验中，研究人员将小猎豹和另外两个软体机器人放置在倾斜角度为17°的斜坡上。
结果显示，只有小猎豹能够快速上坡，而其他两个软体机器人则觉得非常吃力，未能上坡。
在入水测试中，研究人员重新包装了猎豹的软弯曲执行器，使其适合水下运动。
改进后的小猎豹长度约为mm，质量为51g，其中弯曲执行器的长度为45mm。
实验结果表明，小猎豹在水中的移动速度最高可达11.7厘米/秒，分别比其他两款软体机器人快了32%和%。
在抓取作业中，小猎豹软体机器人不仅可以抓取鸡蛋等易碎物品，还可以抓取11.4公斤的重物。
至于它能抓取多少物体，主要取决于弹簧。
弹簧的刚度越高，其抓取能力越强。
然而，对于软体机器人来说，抓取易碎物体的要求比抓取重物的要求更高。
首先，它抓取物体时必须足够轻，并且它的抓手必须柔软并具有抓取力。
另外，弹簧在移动时应始终保持不活动状态。
俗话说，轻轻拿，轻轻放。
软体机器人还有很长的路要走。
与刚性机器人相比，软体机器人的发展相对滞后。
与已应用于巡逻、配送、教育等场景的刚性机器人相比，软体机器人仍处于产生学术成果的阶段。
香港科技大学机器人研究院院长王宇曾在世界机器人大会上表示，软体机器人的发展面临三个关键问题——机械运动原理、刚性结构、驱动和反馈。
同时他补充道，软机器人将会越来越多，在小问题上也会有或多或少的进展。
慢慢地，这些成功的案例和经验可以整合在一起，让软机器人在理论上得到发展；模仿猎豹的软体机器人是理论研究和发展之一。
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