沈陽自動化所2 項機器人研究獲進展

近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所微納米課題組取得了一項新進展：利用4D 打印技術(shù)制備的軟體機器人在近紅外光和磁場的聯(lián)合驅(qū)動下，可實現(xiàn)彎曲形變、夾取及搬運功能。

據(jù)介紹，軟材料通過利用內(nèi)部能量變化和外部能量供應(yīng)來產(chǎn)生形狀變形和運動，對軟體機器人技術(shù)的發(fā)展非常重要。該課題組研究人員合成了一種由溫敏水凝膠（NIPAM）、納米粘土（Laponite）和磁性顆粒（NdFeB）組成的新型磁性溫敏智能水凝膠。水凝膠除了具有可調(diào)節(jié)的生物物理特性和變形能力外，還具有極佳的生物相容性。

據(jù)悉，4D 打印是直接將設(shè)計內(nèi)置到打印材料當(dāng)中，打印加工出可自動變形的結(jié) 構(gòu)，在3D 打印的基礎(chǔ)上增加了時間緯度（在設(shè)定的時間內(nèi)變形）。研究人員從自然界中的生物獲得靈感，利用4D 打印技術(shù)造出仿水母和仿扇貝等軟體機器人。其仿水母機器人可以在外部磁場驅(qū)動下以平移、旋轉(zhuǎn)、翻滾形式運動，翻過人體胃模型中的褶皺，完成微結(jié)構(gòu)的主動夾取和搬運，并且在外部磁場和近紅外光產(chǎn)生的熱場的協(xié)同作用下，可以作為藥物的載體并減少藥物運輸過程中的藥物泄漏。

另外，該所在空間機器人自主操控方面也取得新進展，針對航天器平臺和機械臂的動力學(xué)耦合提出基于時延估計的無模型解耦控制算法，相關(guān)研究成果發(fā)表在期刊《IEEE航空航天與電子系統(tǒng)匯刊》上。

空間機器人系統(tǒng)由航天器和機械臂組成，航天器平臺和機械臂之間存在復(fù)雜的動力學(xué)耦合作用，其影響機械臂末端的操作精度。因此，如何有效抑制或補償基—臂耦合作用是空間機器人領(lǐng)域的熱點和難點問題。

該所空間自動化技術(shù)研究室科研人員基于時延估計（Time-delay estimation, TDE）算法和超扭轉(zhuǎn)控制（Supertwisting control, STC），提出一種無模型魯棒解耦控制算法。該方法本質(zhì)為瞬態(tài)學(xué)習(xí)控制算法，通過引入常數(shù)對角陣對動力學(xué)模型進行改造，將新模型劃分為線性項和新非線性項，利用模型前一時刻的觀測信息和控制輸入來估計當(dāng)前時刻系統(tǒng)的新非線性項，實現(xiàn)系統(tǒng)高效解耦。該方法不需要實時計算系統(tǒng)模型參數(shù)，具有內(nèi)在自適應(yīng)性、計算效率高等優(yōu)點。該成果將為后續(xù)開展空間機器人在軌服務(wù)和深空探測任務(wù)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

(來源：沈陽自動化研究所)

重慶大學(xué)研究出可跳躍軟體機器人

日前，重慶大學(xué)等高校的科研團隊研發(fā)出一款無腿軟體機器人，可實現(xiàn)快速可控的持續(xù)跳躍，其相關(guān)成果發(fā)表在期刊《自然—通訊》上。

針對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下軟體機器人驅(qū)動效率低、可靠性不足的難題，研究人員提出高性能柔性電液驅(qū)動技術(shù)，并采用結(jié)構(gòu)驅(qū)動一體化設(shè)計的方法，設(shè)計出該軟體機器人。

該機器人重量僅1.1g，長度為6.5cm，跳躍高度可達自身高度的7.68 倍，跳躍距離每秒可達體長的6.01 倍。研究人員將兩個驅(qū)動器模塊連接在一起，還可以組合成一個雙體機器人，它可實現(xiàn)138.4°/s 的轉(zhuǎn)向速度。兩種機器人均具有很強的運動和越障能力，通過集成溫度、濕度傳感器，機器人可以進入狹窄非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中完成環(huán)境感知和探測任務(wù)。

（來源：重慶大學(xué)）

可自我繁殖活體機器人Xenobots 3.0 順利問世

近日，美國佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)研究團隊利用一種全新的生物繁殖方式創(chuàng)造了一種可自我繁殖的活體機器人——Xenobots 3.0，未來或可用于收集海洋中的微塑料、再生醫(yī)學(xué)等方面，該研究結(jié)果發(fā)表在期刊《美國國家科學(xué)院院刊》上。

早在前年，該研究團隊利用非洲爪蟾（一種水生青蛙）早期胚胎中的皮膚和心臟細胞創(chuàng)造出活體機器人Xenobots（異種機器人），它們可在耗盡能量之前獨立移動約一周，同時可自我修復(fù)和自然分解。去年3 月，Xenobots 2.0 活體機器人面世，其能夠利用像頭發(fā)一樣的纖毛“腿”在物體表面快速移動，并具有記錄信息的能力。此次全新升級的Xenobots 3.0 寬度僅有幾毫米，具備可編程功能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將足夠多的異種機器人放置在培養(yǎng)皿中彼此靠近，它們會聚集并開始將漂浮在溶液中的單個干細胞堆疊起來，數(shù)百個干細胞在它們?nèi)缤俺远谷恕毙螤畹摹白臁敝薪M裝成“嬰兒”異種機器人。幾天后，這些“嬰兒”就會變成外觀和動作都跟母體一樣的新異種機器人，然后這些新的異種機器人會再次出去尋找細胞，建立自己的“副本”，就這樣周而復(fù)始，不斷復(fù)制。

據(jù)介紹說，為了讓異種機器人在此類復(fù)制中更有效，研究人員利用人工智能技術(shù)測試了大量的模型，最終選擇類似吃豆人一樣的C 形狀，這種形狀能夠在培養(yǎng)皿中找到微小的干細胞，聚集并完成復(fù)制。

雖然自我繁殖的生物技術(shù)用途令人擔(dān)憂，但研究人員表示，這些機器人完全被封裝在實驗室中，它們可生物降解，也很容易被消滅，已通過美國聯(lián)邦、州和機構(gòu)各級倫理專家的審查。

（來源：科技日報）

仿生浮游機器人研制成功

受水黽（水面上常見的一種腿細長的昆蟲）的啟發(fā)，近日，美國加州大學(xué)河濱分校殷亞東教授研究團隊開發(fā)出一種仿生浮游機器人，它可以持續(xù)地以水為燃料，通過光驅(qū)動在水面上自由運動，相關(guān)研究成果發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)機器人》上。

據(jù)介紹，仿生浮游機器人的動力來自于研究組研發(fā)的光驅(qū)動軟體蒸汽振蕩器，這是該項研究的一項重大突破。

研究人員開發(fā)了一種具有自適應(yīng)振蕩模式的光動力軟振蕩器，以響應(yīng)不同強度的光照射。振蕩器有三層結(jié)構(gòu)，中間有水凝膠層包含等離子體納米棒，可將光轉(zhuǎn)化為熱量并蒸發(fā)水分子以產(chǎn)生持續(xù)的蒸汽。通過控制光強度，產(chǎn)生的蒸汽氣泡對振蕩器的機械平衡產(chǎn)生可控的擾動，從而導(dǎo)致自適應(yīng)的連續(xù)或脈沖振動。在持續(xù)光照下，它可以根據(jù)外界的光強度執(zhí)行連續(xù)機械振動或者脈沖阻尼諧波振動。

研究結(jié)果表明，仿生浮游機器人在水面上的運動模式和速率可以通過調(diào)節(jié)光的功率來控制，在高功率光照下，該機器人進行連續(xù)、勻速的運動，在低功率光照下，其運動方式類似于水黽——脈沖式、有間斷，并有周期性的加速減速過程。

據(jù)悉，該機器人未來有望在水處理、消毒和水路運輸?shù)确矫娴玫綇V泛應(yīng)用。

（來源：澎湃新聞）