灵感来自柔软的水蛭 爬墙机器人

丰桥技术大学机械工程系副教授Tomoaki Mashimo博士和剑桥大学工程系机器人学博士Fumiya Iida博士成功开发了一种水蛭 - 形状机器人,“LEeCH”,可以爬垂直墙。LEeCH - 纵向可扩展连续机器人 - 灵感来自Hirudinea,具有柔韧的机身,由用于淋浴软管的材料和两个吸盘制成,能够伸长和弯曲其身体,没有任何限制;就像水蛭一样。由于其灵活的车身结构和吸盘,机器人已成功爬上垂直墙,甚至到达墙的另一侧。该研究发表在Soft Robotics上,一本美国科学期刊,2019年3月27日。

爬壁机器人具有广泛的潜在应用,包括建筑检查和维护,以及灾难现场的搜救任务。垂直向上攀爬垂直墙很容易实现,但是,实际上,机器人可能必须在墙壁上的障碍物上行进,例如台阶和过渡到具有不同方向的墙壁。最艰巨的任务是到达隔离墙的另一边。能够爬到墙顶的机器人在穿过山顶到达另一侧时必须面临极大的困难。

该团队开发了一种灵感来自陆地水蛭的机器人,它们是自然界中出色的登山者。通常在森林或山脉中发现的陆地水蛭可以在复杂的地形和墙壁上移动,在身体的两端和柔软的可伸展体上使用两个吸盘。它们的身体非常轻盈柔软,不会因高度坠落而受到很大的伤害。

该团队利用淋浴软管的管结构设计了一种新的运动机构,以模拟水蛭的有利特性,即轻便,灵活和可扩展。具有螺旋缠绕的S形轮廓的金属板的柔性管已经在一般家庭中使用。齿轮与管表面上的螺旋槽啮合。柔性管通过旋转运动来回移动。机器人具有由三个并联连接的柔性管组成的主体。通过控制由齿轮供给的每个柔性管的长度,主体可以弯曲或伸长。

机器人成功地在垂直墙上实现向上/向下攀爬和水平过渡。通过组合这两个过渡,机器人能够在二维墙壁表面上自由移动。机器人具有大变形的柔性体使其能够从垂直壁的一侧过渡到另一侧。这是世界上开发柔软灵活机器人的第一项成就,可以在墙上自由移动。

负责发展的负责人和研究的主要作者,博士项目学生Ayato Kanada说:“我在家里的浴室里提出了这个想法。淋浴软管好像有了生命无意中最大限度地打开了水龙头。然后我想到如果我可以操纵软管,我就可以制造一个动态移动生物的机器人。“

充分利用淋浴软管的中空结构,该团队正在考虑通过将流体注入腔体来改变管子刚度的可能性。具有柔性车身结构的机器人不仅具有高度的环境适应性,而且还具有高度安全的防撞性能。它具有在人类附近劳动的潜在应用。

这项工作得到了JSPS研究员资助(No. 17J04776),英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC)DTP的奖项1476475和RG92738以及Mathworks Ltd RG90950 378的支持.Ayato Kanada,第一作者,得到日本教育,文化,体育,科学和技术部科学促进会领导的研究生院领导计划的支持。