《自然-通讯》: 嵌入式变形机器人模仿蝌蚪进化，赋予机器人新功能！

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一个小蝌蚪只能在水里游，但是当它变成青蛙之后就可以拥有水中陆地上都可以行走的能力。一个机器人，由于自己身体形状的限制，不可能擅长很多运动。但是变形机器人通过变形就能够变得擅长不同运动。

传统变形机器人的弊端

然而，传统的形变机器人一直依赖于笨重的外部设备，如大型电机和传动机构，从而限制了它们的灵活性和多功能性。这与自然界的动物有着明显的不同，动物是通过肌肉来实现驱动，并且拥有丰富的感知和控制能力。

近期，耶鲁大学和科罗拉多州立大学的研究人员在世界著名期刊《自然-通讯》上发表一项创新性的研究，该研究彻底改变了传统机器人变形的方式。研究人员成功地将形状驱动、感知和锁定功能直接嵌入到机器人的内部结构，消除了外部硬件的笨重需求。

创新之处

这一创新技术的核心在于将轻量级人工肌肉与形状记忆聚合物（SMP）相结合。人工肌肉可以在电流作用下产生收缩，并且能够感知自身的形状变化，而SMP则可以在刚性和柔软状态之间切换，以锁定机器人的形状。这种方法的独特之处在于，它将所有这些功能完全嵌入到机器人的体内，无需复杂的机械结构和传动装置。

这项嵌入式变形技术具有广泛的实际应用前景，具有彻底革命性的意义。研究团队已经展示了该技术在各种机器人系统中的多功能性。例如，自感知的形态变化夹爪能够自适应不同的抓取任务， 四足机器人可以根据地面情况调整身体形态。比如说用爬行的方式通过一个小的缝隙，然后改变身体形状，站起来，从而能够走的更快，当需要通过一个比较小的桥的时候，就抱着桥爬过去。

机器人可以在需要时改变肢体形状以适应不同的环境和任务。比如说一个机器人的腿从直的变成弯曲的，就可以爬上岸移动，如果脚从弯曲的变成直的，就可以再回到水里游泳。

这项研究中最令人瞩目的成果之一是创建了一组嵌入式变形模块库，这些库可以实现可编程的形状变化，包括扭曲、三维弯曲和表面变形。这一库展示了嵌入式方法使机器人能够应对各种挑战。

这一突破性研究的影响将是深远的。嵌入式形态变化不仅增强了机器人与周围环境的互动能力，还为搜索救援、探索、医疗保健和工业自动化等领域的应用带来了新的可能性。机器人能够无缝切换不同形态和功能，这为机器人领域带来了前所未有的多功能性。

这项研究由科罗拉多州立大学赵建国教授，和耶鲁大学的博士后研究员孙杰锋领导。孙杰锋博士将于2024年加入亚利桑那州立大学担任助理教授博士生导师。孙博士目前正在筹建机器人驱动实验室，并将提供全额奖学金资助两名博士研究生。这个实验室将成为推动未来自由变形机器人研究的重要中心, 请感兴趣的同学可以关注 sunroboticslab.github.io，并加盟实验室。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41708-6