昆虫帮助机器人获得更好的抓地力

使用最初从鱼鳍已知的设计概念开发了整整一代的抓取机器人。由南丹麦大学 (SDU) 领导的生物力学国际研究团队在基尔大学 (CAU) 的参与下，现已优化了这种受昆虫启发的抓取功能，并在机器人技术中挑战了这一标准。他们还首次将其从手部元素转移到了足部元素。这不仅可以让机器人以更少的能量更好地抓握，而且可以在不平坦的表面上更好地行走。研究结果发表在《高级智能系统》杂志上，并作为当前印刷版的封面故事。

良好的接触：布什板球作为模型

许多机器人可以在没有太大压力的情况下用它们的抓取元件牢固地包围目标物体。专门的智能结构变形以符合物体的表面轮廓。这是基于所谓的 Fin-Ray 效应。“这很有趣：如果你按下一个尖锐三角形的一侧，它不会像你所期望的那样远离你弯曲，而是向你弯曲。它不会屈服于压力的方向，而是向那个方向弯曲CAU 的动物学教授 Stanislav Gorb 在描述这种现象时说。大约 25 年前，德国生物学家 Leif Kniese 首次在鱼鳍中观察到这种效应，鱼鳍能最佳地适应不同的流动条件。他发现，造成这种情况的原因是尾鳍的内部结构。

在许多昆虫的足部元素中也可以找到类似的横梁。它们帮助他们更好地适应表面并安全地附着自己。“这是我们的关键研究问题之一：昆虫如何在不使用太多力的情况下如此良好地附着在表面上?它们如何创造必要的接触区域?” 总结了戈尔布在基尔大学的研究小组“功能形态学和生物力学”的重点。他与来自基尔的团队一起检查了各种昆虫的足部，例如丛林蟋蟀 Tettigonia viridissima 的足部。虽然“Fin-Ray”夹具中的横梁以 90 度角连接，但昆虫附着垫的角度不同。

对于 Fin-Ray 效应，尚未对不同横梁角度的影响进行详细研究。基尔研究人员现在已经使用计算机模拟来计算在每种情况下作用在抓取元件及其目标物体上的力。他们使用来自 3D 打印机的结构模型进行实验和力测量来验证他们的结果。

“通过改变更小的角度，该设备更容易在物体周围弯曲，以提供更强大的支撑，需要更少的力量，”Gorb 说。“这意味着我们可以节省多达 20% 的机器人的能量，并采取更温和的方法，”第一作者 Poramate Manoonpong 说。“我们可以将抓取机制用于机器人抓取器，它可以处理非常脆弱和易碎的物品，例如食物，并且施加的力或能量显着减少。它可能会对整个行业制造机械手的方式产生影响。”Manoonpong 是 SDU 和泰国 Vidyasirimedhi 科学技术研究所 (VISTEC) 的生物机器人学教授。几年前，当 Manoonpong 花了作为 CAU 斯堪的纳维亚客座教授的一部分，应 Gorb 的邀请在基尔学习了一个学期。

最后，研究小组的基尔部分测试了如果他们将这种改进的抓握功能从手部应用到机器人的足部元素会发生什么。他们用不同角度的内部横梁制造了机器人脚。这使它们可以在石头或管道周围弯曲，并与它们有很大的接触面积。在丹麦欧登塞的 SDU 和泰国罗勇的 VISTEC 进行了测试，在那里设置了一个机器人腿平台以在管道上行走，在那里需要一个六足机器人在岩石地形上穿过一组管道。在这里，他们可以看到，与传统的 90 度横梁角度相比，具有 10° 最佳横梁角度的机器人系统使用的能量要少得多，并且移动得更快、更容易。“这是石油和天然气行业所需要的，”Manoonpong 说。

尽管结果很有希望，但这项研究是基于由非常柔软的材料制成的夹具。该团队现在面临的挑战是制造一种不仅可以弯曲和抓握，而且还足够坚固和坚固以应对任何环境的抓手。

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