90秒速通马里奥!3D打印的软体机器手登上ScienceAdvances封面

大数据文摘出品

来源:sciencedaily

玩个游戏也越来越卷了。

最近,马里兰大学的一个研究小组利用3D打印技术制作了一个软体机器人手,这个机器手十分灵活,甚至可以玩《超级马里奥兄弟》,最关键的是,它玩得还挺上手。

该项研究登上了Science Advances封面,展示了软体机器人领域的一项有前途的创新。

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软体机器人固有的安全性和适应性引发了科学家对其在假肢和生物医学设备等方面应用的兴趣。但要真正实现对软体机器人弯曲和移动等行为的控制,仍然是十分困难的。

马里兰大学机械工程助理教授Ryan D. Sochol领导的团队,他们所取得的关键突破,正是在于能够利用3D打印一步完成带有集成流体电路的完全组装的软体机器人。

论文共同第一作者Joshua Hubbard解释说:“以前,软体机器人手的每个手指通常需要自己的控制线,这会限制其便携性和实用性。”Hubbard在作为Sochol在UMD的生物启发先进制造(BAM)实验室的本科研究员期间进行了这项研究。“但是通过3D打印带有集成流体晶体管的软体机器人手,它可以只根据一个压力输入就能玩任天堂了。”

在演示中,团队设计了一个集成流体电路,使手能够根据单一控制压力的强度进行操作。例如,应用低压力仅使第一根手指按压任天堂控制器,使马里奥行走,高压力则代表跳跃。

在一个设定的程序指导下,在关闭、低、中、高压力之间自主切换,机械手能够按下控制器上的按钮,在不到90秒内通过了《超级马里奥兄弟》的第一关。

“最近,有几个小组试图利用流体电路来增强软体机器人的自主性”,应届博士毕业生、该研究的共同第一作者Ruben Acevedo说,“但建造和将这些流体电路与机器人整合的方法可能需要几天到几周的时间,需要高度的手工劳动和技术技巧”。

为了克服这些障碍,该团队转向了“PolyJet 3D打印”,这就像使用彩色打印机一样,但要在3D中把许多层多材料的“墨水”堆叠在一起。

研究报告合著者Kristen Edwards说:“在一天内,只需少量的劳动,研究人员就可以通过按下3D打印机的启动键,拥有一个完整的软体机器人,这包括所有的软体执行器、流体电路元件和身体特征。”

选择利用《超级马里奥兄弟》来验证策略,既是出于科学的考虑,也是出于乐趣。因为视频游戏的时间和关卡构成是既定的,只要有一个错误就会导致游戏结束。所以,玩马里奥也提供了一种评估软体机器人性能的新方法,这种方法具有独特的挑战性,这在以前是没有过的。

除了这个能够通关马里奥的机器人手之外,在论文中,团队还报告了以陆龟为灵感的软体机器人。

该团队战略的另一个重要好处是它是开源的,论文开放给任何人阅读,并在补充材料中提供了一个GitHub的链接,其中有他们工作中所有的电子设计文件。

Sochol说:“我们免费分享我们所有的设计文件,这样任何人都可以随时下载、按需修改和3D打印”。

“我们希望这种开源的3D打印策略将扩大集成流体电路的软体机器人的可及性、传播性、可重复性和采用性,同时能加速该领域的进步。”

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