机器人太“硬”了？软体机器人告诉你什么叫以柔克刚

传统的轮式、腿式、履带式等移动机器人

或是多连杆串联，并联等机械臂结构式机器人

实质上是由精准设计的刚性结构组成

这种机器人的运行，要求我们完美测量工作环境

还要对机器关节的每一个运动进行完美地编程

从而使得这类机器人不容易保持稳定

无法在崎岖的平面或者复杂的空间中工作

克服较大的环境阻力也增加了能耗

多年来，机器人的设计一直在强调精度和速度

这使得它们的身体无法变形，无法与环境很好交互

如果，机器人也能像自然界生物一样

具备柔软的身体，优良的灵活性和强大的环境适应性

那将意味着什么？

这种通过仿生学建立的全新的机器人领域

被称做“柔性机器人学”

在麻省理工、哈佛大学等学者的前沿研究中

软体机器人已经可以模仿蚯蚓的蠕动

能够实现爬行、跳跃、抓取等运动形式

未来可期，在这一场刚刚开始的探索之旅中

每个人一点一滴的尝试都将被铭记

湾区博士邀请来自中国香港城市大学的刑博士开设工程学课题《软体机器人》，从分析机器人结构机理与功能入手，研究气囊的充气过程的运动学特性，建立整机的数字模型并制造样机。在此基础上适当介绍机器人的控制模式，算法等内容，并引入协同作业、智能算法等相关人工智能基础内容为后续课题做准备。

本课题邀请对工程学、微型机械、机器人与人工智能、材料学等领域感兴趣的学生参与研究。与刑博士一起深度交流，从乏味的日常学习中脱身而出，迈进真正的学术殿堂，驰骋在星辰大海的壮阔世界。

课题内容

第一阶段：机器人与人工智能导论

结合 PNAS，Science. Rob 等专业杂志及 Harvard news, MIT communication 等相关报道，阅读网站上列出的文献资料，了解机器人与智能机械的基础知识、发展历程、以及研究现状，掌握常见的机器人设计方案。

第二阶段：软体机器人的设计思路

由目前主流研究方向的软体机器人结构与驱动控制方案入手，了解并掌握不同的驱动形式，如流体静力骨骼(hydrostatic skeleton)结构，体变形驱动(Body-Deformation Driven)结构，不同的动力来源如气动软体(Soft pneumatic)结构，变形材料(形状记忆合金 SMA, 离子交换聚合物金属复合材料 IPMC)驱动等。

第三阶段：文献检索、数据分析、及谱图绘制

搜索整理文献，结合实际数据，使用专业的数据软件处理数据，绘制图表。使用三维建模软件绘制机器人三维结构图及效果示意图。

第四阶段：模型设计与结题报告

参照所读的经典与前沿文献，仿照常规机器进行原创仿真设计，利用专业的化学软件做出仿真设计的示意图。最后，学习使用科学的思维、科学的语言组织和撰写实验报告。

课题导师

刑博士

中国香港城市大学微机电系统工程专业博士

苏黎世联邦理工学院访问，中国香港大学硕士，山东大学本科

研究领域包括微型机械与软体机器人方向，有5年以上理论研究与产品开发经验，曾参与并主导海内外多个重大项目的研发工作

[2] http:// https://www.nature.com/ncomms/

[4] https://www.scientificamerican.com/

[5] soft robotics: transferring theory to application. Proceedings of the Soft Robotics Week, April 25-30, 2016, Livorno, Italy.

[6] 终极算法: 机器学习和人工智能如何重塑世界. 作者: [美] 佩德罗·多明戈斯. 译者: 黄芳萍.

[7] 数学之美(第二版). 作者: 吴军.

[8] Cianchetti M, Ranzani T, Gerboni G, Nanayakkara T, Al- thoefer K, Dasgupta P, Menciassi A. Soft robotic technologies to address shortcomings in today’s minimaly invasive surgery: The STIFF-FLOP approach. Soft Robot 2014;1:122–131.

[9] Kim S, Laschi C, Trimmer B. Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics. Trends Biotechnol 2013;31:287–294.

[10] Lipson H. Challenges and opportunities for design, simulation, and fabrication of soft robots. Soft Robot 2013; 1:21–27.

[11] Majidi C. Soft robotics: a perspective current trends and prospects for the future. Soft Robot 2013;1:5–11.

[12] Mazzeo ad, Cademartiri L, Morin SA, Whitesides GM. Using explosions to power a soft robot. Angew Chem 2013;125: 2964–2968.

[13] Park Y-L, Chen B, Perez-Arancibia N, Young D, Stirling L, Wood R, Goldfield E, Nagpal R. Design and control of a bio-inspired soft wearable robotic device for ankle- foot rehabilitation. Bioinsp Biomimet 2014;9.1:016007.

[14] Shepherd RF, Ilievski F, Choi W, Morin SA, Stokes AA, Mazzeo AD, Chen X, Wang M, Whitesides GM. Multigait soft robot. Proc Natl Acad Sc USA 2011;108:20400– 20403.

课题收获

学术研究硬实力的大幅提升

你将掌握学术研究的基本方法与思路，收获文献检索方法及论文阅读技巧，掌握工程学领域的前沿理论，对相关问题有深入的思考。

研究成果的公开发表

你将拥有撰写实验报告或学术论文的逻辑思维与能力，以第一作者身份公开发表研究成果，并尝试专利申请，冲击全球顶级的科研赛事与学术会议。

顶尖导师推荐信

你将与博士导师建立深厚的个人联系，获得来自导师在学术、职业乃至生活上的指点，收获来自博士导师、具有极高可信度的推荐信。

课题安排

湾区博士课题研究项目主要以线下授课为主，配合线上辅导，项目周期为6-8周时间。项目博士导师会根据学生的具体情况和课题要求，设计针对性的项目进度安排，起止时间以学生和导师双方共同商议决定。为保证科研质量，本课题研究仅限3个名额。

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