在制造機(jī)器人的過程中，靈活、適當(dāng)?shù)亟M合各種性能是一項具有挑戰(zhàn)的任務(wù)，因?yàn)檫@些性能有時是相互矛盾的。比方說，制造一個既靈活又強(qiáng)壯的機(jī)器人并非易事，但也不是不可能。

最近一項研究中，東京工業(yè)大學(xué)的研究人員制造出了這樣一種機(jī)器人，它具有高度靈活性，同時仍保持其「肌肉」內(nèi)的高度張力，使其軀體能進(jìn)行充分的扭轉(zhuǎn)，從而完成困難的任務(wù)。研究結(jié)果發(fā)表在 1 月 13 日的《IEEE 機(jī)器人和自動化通訊》。 

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/document/10016717

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員展示了該機(jī)器人能夠從瓶子上取下蓋子，過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動是同類機(jī)器人的 2.5 倍。此外，該機(jī)器人還能上螺絲。

擰下瓶蓋。

上螺絲。

六桿張拉整體機(jī)器人概覽

張拉整體機(jī)器人（Tensegrity robots）由剛性框架和軟電纜組成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，這使它們能夠通過調(diào)整內(nèi)部張力來改變形狀。 

論文作者之一、東京工業(yè)大學(xué)碩士研究生 Ryota Kobayashi 說道，「張拉整體結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的特性而引人入勝 —— 輕巧、靈活和耐用。這些機(jī)器人可以在具有挑戰(zhàn)性的未知環(huán)境中工作，例如洞穴或太空，能完成復(fù)雜的動作，并且工作得更有效率。」

張拉整體機(jī)器人可以有一個具有不同數(shù)量剛性結(jié)構(gòu)（或桿）的基本結(jié)構(gòu)，其中桿的數(shù)量從 2 個到 12 個不等，有時甚至更多。但通常而言，桿多的機(jī)器人通常更復(fù)雜，也更難設(shè)計。

在該研究中，Kobayashi 的團(tuán)隊創(chuàng)造了一個張拉整體機(jī)器人，它依賴六桿張拉整體模塊（如下圖所示）。為了確保機(jī)器人獲得強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)力，他們使用了一個虛擬的三角形圖案，機(jī)器人的人造肌肉被放置在其中，使它們連接三角形的頂點(diǎn)。當(dāng)肌肉收縮時，三角形的頂點(diǎn)會靠得更近。

下圖為不同角度的實(shí)際扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。

依靠這一技術(shù)，該機(jī)器人僅用 20% 的人造肌肉收縮，就在兩個方向上實(shí)現(xiàn)了 50 度的大扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。Kobayashi 感嘆道，這個系統(tǒng)的效率令他們團(tuán)隊感到驚訝，人造肌肉的小收縮會促成大收縮和扭轉(zhuǎn)變形。

東京工業(yè)大學(xué)助理教授 Hiroyuki Nabae 也參與了這項研究，他表示，由于結(jié)構(gòu)的原因，大多數(shù)六桿張拉整體機(jī)器人只能輕微扭動，導(dǎo)致運(yùn)動有限。但值得注意的是，該研究中的六桿機(jī)器人產(chǎn)生了大幅扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，運(yùn)動幅度是研究人員在文獻(xiàn)中所能找到的任何其他六桿張拉整體機(jī)器人的 2.5 倍。

此外，為了鍛煉機(jī)器人抓拿物體的能力，研究人員在機(jī)器人身上安裝了橡膠指套，并測試了它完成任務(wù)的能力。正如上文動圖所示，機(jī)器人手臂被下放到一個可口可樂瓶上，握緊瓶蓋、扭轉(zhuǎn)和抬起手臂，并重復(fù)握緊和扭轉(zhuǎn)的動作，幾秒鐘內(nèi)瓶蓋就被打開了。

目前，研究人員正在考慮如何在這項技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，例如增加機(jī)器人向不同方向彎曲的能力，并結(jié)合允許機(jī)器人識別環(huán)境中其它形狀的技術(shù)。這些將有助于機(jī)器人更好地適應(yīng)新的環(huán)境，更出色地完成新任務(wù)。