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机器人海星旨在更深入地研究水生生物韦绮珊

韦绮珊
2022年08月31日

机器人海星旨在更深入地研究水生生物

生物学家长期以来一直经历着记录海洋生物的挑战，许多鱼类被证明对人类的水下运动非常敏感。

作为一种可能的解决方案，计算机科学家一直在开发特殊的海洋机器人，这些机器人可以在碳基机器人中隐身移动：例如，在2018年，麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的一个团队制造了一种可以自动自主运转的软机器人鱼沿着斐济的珊瑚礁和真鱼一起游泳。

然而，水下运动的复杂动力及其快速破坏一些完美的电子系统的能力使水下机器人成为了现实或陆地相比，尤其难以开发。

对于这条鱼，CSAIL团队不得不经历数月的反复试验才能手动调整设计，以便它实际上可以在水中可靠地工作。

尽管该机器人特别复杂，但是由麻省理工学院教授Wojciech Matusik和Daniela Rus领导的小组仍然认为仍有加速生产过程的空间。考虑到这一点，他们现在已经创建了一个新工具，可以在几小时内模拟和制造功能性软机器人。

该团队使用他们的系统制造了由硅泡沫制成的柔软的机器人海星，并能够通过单个低功率执行器移动。海星通过其四个腿中的肌腱运动，该肌腱连接到用于使腿弯曲和放松的伺服电机上。

“水下机器人与周围流体之间的被动相互作用比机器人在稳定的地形上行走要复杂得多，这使得创建其控制系统变得非常困难。”

CSAIL博士后约瑟芬·休斯，与博士学位一起共同发表新论文。学生陶杜谈到海星。“但是使用这个模拟器，通常可能需要数天或数周的过程仅需几个小时即可完成。”

杜说，该团队之所以选择海星设计，是因为其动作简单而优雅，并且通过挤压和释放其腿部来实现向前运动。但是，该团队发现该模拟器可用于多种体型，因此他们接下来将探索受海龟，蝠ta和鲨鱼启发的设计，这些设计涉及更复杂的结构，例如关节，鳍和鳍状肢。

该小组的工具涉及一个机器学习模型，该模型对机器人的控制机制进行了初始仿真和设计，然后迅速进行了制造。

然后，使用机器人进行的实际实验可获取更多数据，以反复改进和优化其设计。结果是机器人通常只需要再制造一次即可。

新加坡国立大学控制与机电一体化教授塞西莉亚·拉斯基说：“在进行机器人仿真时，我们必须做出近似的定义，从而在仿真与现实之间形成鸿沟。” “这项工作旨在通过非常有效的模拟和真实实验的混合循环来缩小现实差距。”

对于海星的身体，该团队使用硅泡沫塑料是因为其具有弹性，自然的浮力以及能够快速轻松地制造的能力。在实验中，研究人员发现，海星在水中的移动速度比使用手工制作的控制器快四倍。由人类专家。

实际上，休斯说，该团队发现模拟器似乎采用了人类不会想到的控制策略。

休斯说：“借助机器人海星，我们了解到，除了它们可以明显看到的腿部推动力之外，还有一些微妙的高频运动可以为其赋予重要的动力。”

该项目是基于一系列针对软机器人的CSAIL项目而建立的，Rus说，与刚性机器人相比，该项目具有更安全，更坚固，更灵活的潜力。

对于需要在狭窄空间中移动的环境，研究人员越来越多地转向软机器人，因为此类机器人在从碰撞中恢复时更具弹性。

Laschi说，该团队的工具可用于开发机器人，以测量深海不同位置的数据，并总体上设想可以以研究人员尚未想到的新方式移动的机器人。

“像海星机器人这样的以生物为灵感的机器人Rus说：“和SoFi可以更接近海洋生物，而不会对其造成干扰。” “将来，通过快速设计和建造受生物启发的机器人仪器，将有可能创建可部署在野外观察生活的定制观测站。”