未来:软体机器人或将主宰工厂

杀人机器人已经出现了,不是携带武器的无人机,而是在工厂里与人类一起工作的工业机器人,如果发生事故,可能会造成严重的伤害和偶尔的死亡。2015年,德国大众汽车工厂的一名员工就被机器人杀死了。

工厂工人通常通过围栏与机器人分离,以最大限度地减少事故。但是,除了最基本的合作之外,这一切都是可以避免的。让机器人不那么危险的一个简单方法就是把它们包上泡沫,这样可以减少碰撞的影响。但这种方法只取得了有限的成功。 另一种更为有效的方法是让机器人自己柔软细致,让它们更像是一种肉质的动物,而不是一台冷硬的机器。

这些软体机器人将由塑料和橡胶等轻质和可变形的材料制成。如果他们碰撞某人,效果会像是碰到另一个人,虽然有些烦人,但不太可能造成伤害。所以不再需要安全屏障,机器人和人类可以更紧密地合作。机器人可能会在支撑沉重的部件方面付出艰辛的努力,而人类则执行复杂的组装任务。机器提供了强健的体力,人类提供的大脑,届时大大提高了人机协作所能达到的水平。

在减少碰撞的影响方面,人类已经做出了一些努力,比如在电机和机械连杆之间放置弹簧。但是,弹性而不是僵硬的机器人要精确控制要困难得多。想象一下,试图用一根长而灵活的钓竿来打一个目标。其他系统已经开发出来,当需要更精确的控制时,可以从非常有弹性的变为僵硬。但是这些机器人往往比较沉重,如果碰到人的话还是会造成很大的伤害。

仿生机器人

相反,最新的研究集中在柔性机器人上,这些机器人的灵感来源于没有骨骼的动物,如毛毛虫、蠕虫、章鱼或者大象鼻子。这些机器人将会有一些独特的能力,如抓住精细的物体而不损伤它们或将自己包裹在障碍物周围。由于它们重量很轻,碰撞时的冲击力就会很小。此外,软体机器人会在撞击时变形,将力量传播到一个更大的区域并减少受伤的机会。

到目前为止,软机器人一般都很小,不能承载很大的重量。没有坚硬骨架的大型机器人,甚至动物,都没有足够的力量来支撑自己的体重。这就限制了软体机器人的应用设备,例如夹具和手等。

我和我在索尔福德大学自主系统和机器人研究中心的同事研发了一个可变刚度机器人手臂,我们希望能够在大型软机器人方面取得进展。这个新型手臂重约1公斤,但可以举起和移动一个5公斤的负载。这比传统的刚性工业机器人具有更高的功率重量比。

传统的机器人是围绕骨骼设计的,使关节能够移动,而我们的设备则采用了一系列由轻质橡胶和塑料囊制成的气动肌肉,当充满空气时,这些气囊收缩,实质上是一个充气机器人。它的形状和大小取决于哪些肌肉膨胀,它可以像大象的鼻子一样弯曲,收缩和变硬。

就像在我们的身体一样,机器人的一些肌肉与其他相反。如果机器人增加所有肌肉的输出力,则机器人变得更加僵硬。如果我们的肱三头肌和肱二头肌紧张,我们的肘关节保持在同一位置,但是关节变得更加僵硬,我们可以在自己的身体中看到同样的效果。

当然,这不是制造大型软体机器人的唯一方法。例如,另一种方法是使用人造肌腱将重力和刚性电机(远离人的位置)的力传递到软臂上。不同类型的机器人可能需要不同的方法。

尽管如此,开发大型有用的软机器人仍然是一个挑战。机器人越大,可能会越重,将会变得越危险。但是新材料也许能对此有所帮助。例如,被称为石墨烯的二维碳纳米材料非常坚固,但是重量轻且柔韧。 所以也许我们有一天会看到大型的石墨烯软体机器人。有了这样的进步,工厂工人很快就能看到障碍消失了,并发现自己与机器人同事并肩工作。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2018-01-16

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