自己找地縫？UC伯克利推出會打洞的「浪花蟹」機(jī)器人

這個機(jī)器人可以自己打個地洞鉆進(jìn)去。

自然界給機(jī)器人研發(fā)帶來了很多靈感，近來模仿動物的「仿生機(jī)器人」層出不窮。人們通過觀察動物，開發(fā)出許多具有特定功能的機(jī)器人。今天我們要介紹的是一個會自己挖地洞的小型機(jī)器人。

這個機(jī)器人的靈感來自于一種穴居甲殼類動物「太平洋蟬蟹」，也就是通常所說的「浪花蟹」。它還有一個別稱叫「鼴鼠蟹」，因為它們會像鼴鼠一樣在沙灘上垂直向下打洞，以躲避危險。

這種「會打洞」的特性引起了加州大學(xué)伯克利分校研究人員的注意，他們仿照浪花蟹研發(fā)了一個名為 EMBUR 的挖掘機(jī)器人，旨在用作評估農(nóng)業(yè)場地土壤、收集海洋數(shù)據(jù)、研究建筑工地土質(zhì)的工具。

該研究的主要作者 Laura Treers 介紹稱浪花蟹的挖掘并不像看起來那么容易，因為挖得越深，挖掘土壤的蟹腿就越難收回，從而阻礙挖掘。
為了克服這一挑戰(zhàn)并創(chuàng)造一個垂直挖洞的機(jī)器人，研究人員讓機(jī)器人的腿具有各向異性的反應(yīng)力，這意味著機(jī)器人在不同方向承受的力大小不同。就像游泳的人一樣，機(jī)器人以柔軟織物為材料的腿部會根據(jù)力量的方向和大小拉直和回縮。

另一方面，研究人員還需要設(shè)計一種方法來防止沙粒進(jìn)入機(jī)器人的內(nèi)部卡住機(jī)械部分。他們再次從浪花蟹身上找到了靈感。Treers介紹說：「我們創(chuàng)造了一種角質(zhì)層，類似于浪花蟹身上的關(guān)節(jié)膜。這是一種柔軟、有彈性的材料，可以在保證機(jī)器人自由移動的同時防止沙粒進(jìn)入內(nèi)部?！?/span>

研究團(tuán)隊觀察發(fā)現(xiàn)浪花蟹的 5 對腿可以分成兩組，兩組移動方向相反。該研究使用基于阻力理論（RFT）的建模技術(shù)來模擬腿部在挖洞過程中力的變化情況，最終研究者找到了最適合挖洞機(jī)器人的幾何形狀和行為控制方法。

Treers 指出：「雖然現(xiàn)有的機(jī)器人已經(jīng)掌握了在陸地表面行動的能力，但它們都很難在地下環(huán)境移動，也很少有機(jī)器人能像 EMBUR 一樣自行挖洞。

能夠探索地下環(huán)境的機(jī)器人可用于各種行業(yè)和研究領(lǐng)域，包括測量潛在農(nóng)業(yè)場地的土壤質(zhì)量、巖土工程、海洋數(shù)據(jù)收集以及建筑和挖掘。此外，它們還可以用作海上交通工具或太空漫游車的小型展開錨，與其他類型的機(jī)器人協(xié)作。

此外，EMBUR 還能幫助我們研究一些難以在地下觀察的穴居動物。

研究團(tuán)隊表示下一步將繼續(xù)改進(jìn) EMBUR 的設(shè)計，以便進(jìn)行更深入的挖掘，并探索更好的建模方法來預(yù)測機(jī)器人的行為，例如離散元方法（DEM）。研究團(tuán)隊希望這個機(jī)器人最終能夠像動物一樣在真實的海灘環(huán)境中挖掘、跑步、游泳。

參考鏈接：

https://engineering.berkeley.edu/news/2022/10/digging-deep/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2022.999392/full?&utm_source=Email_to_authors_&utm_medium=Email&utm_content=T1_11.5e1_author&utm_campaign=Email_publication&field=&journalName=Frontiers_in_Robotics_and_AI&id=999392