我相信大部分人在看蜘蛛俠時(shí)，有一個(gè)很深的印象，蜘蛛俠的反派包括一位聰明的科學(xué)家章魚博士，他使用靈活的機(jī)械手臂做出了卑鄙的行為。她的仿生手臂可以投擲物體，幫助她在戰(zhàn)斗場(chǎng)景中快速移動(dòng)，還有許多其他功能。雖然在現(xiàn)實(shí)中還無(wú)法實(shí)現(xiàn)如此超前的技術(shù)，但在弗吉尼亞州漢普頓的NASA蘭利研究中心(Langley Research Center)，兩名天才實(shí)習(xí)生正在研究軟性機(jī)器人，比如超級(jí)惡棍那令人難以置信的手臂，以便在地球以外的地方生存。
在位于NASA蘭利的創(chuàng)客空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，實(shí)習(xí)生查克·沙利文(Chuck Sullivan)和杰克·菲茨帕特里克(Jack Fitzpatrick)正在通過3D打印柔性硅膠模具開發(fā)一系列軟機(jī)器人執(zhí)行器。在他們研究的早期階段，這對(duì)搭檔正在研究一系列的特性，以了解如何在太空中建造和使用執(zhí)行器。沙利文說(shuō)表示，我們正在研究的是軟機(jī)器人在太空探索和組裝方面的可行性。
“機(jī)器人”這個(gè)詞讓人聯(lián)想到金屬手臂和齒輪的形象，而柔軟的機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)則受到了生物啟發(fā)，著眼于大自然創(chuàng)造新機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方式。由于由高度靈活的材料制成，軟機(jī)器人能夠像活的有機(jī)體一樣運(yùn)動(dòng)，這使得傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單機(jī)器人無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新運(yùn)動(dòng)范圍成為可能。這些執(zhí)行器的空間應(yīng)用可以擴(kuò)大機(jī)器人在探索和裝配中的作用。
杰克說(shuō)：“當(dāng)你啟動(dòng)這個(gè)軟機(jī)器人時(shí)，它會(huì)改變你使用材料屬性的方式。一塊橡膠從平面變成手指的形狀，它把材料變成了別的東西，完全超越了金屬的地位！”
在研究的早期階段，沙利文和菲茨帕特里克正在研究一系列的特性，以了解如何在太空中建造和使用執(zhí)行器。他們目前的工藝是3D打印一個(gè)模具，然后倒入像硅樹脂這樣的柔韌物質(zhì)，創(chuàng)造出一個(gè)柔軟的機(jī)器人執(zhí)行器。根據(jù)設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有腔室或氣囊，可以根據(jù)里面的空氣量進(jìn)行膨脹和壓縮。
目前，這兩名實(shí)習(xí)生正在通過氣囊中的一系列管道來(lái)操作設(shè)計(jì)，讓他們能夠控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)軟致動(dòng)器腔內(nèi)的空氣量，機(jī)器人可以像人的肌肉一樣彎曲和放松。
軟機(jī)器人是一個(gè)相對(duì)較新的概念。事實(shí)上，沙利文和菲茨帕特里克都是這個(gè)領(lǐng)域的新手。計(jì)算機(jī)工程師兼首席研究員James Neillan和聯(lián)合首席研究員Matt Mahlin共同開發(fā)了這個(gè)實(shí)習(xí)生項(xiàng)目，以研究軟性機(jī)器人在太空中的生存能力。
創(chuàng)建執(zhí)行器只是第一步。沙利文和菲茨帕特里克從“歸零地”開始，研究這項(xiàng)技術(shù)如何在太空中用于組裝和探索。從他們的調(diào)查中，他們希望能看到軟機(jī)器人在未來(lái)的其他應(yīng)用。要做到這一點(diǎn)，他們需要?jiǎng)?chuàng)造執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和測(cè)試他們?cè)谝幌盗械膶?shí)驗(yàn)。
作為研究人員，這兩位實(shí)習(xí)生確定了關(guān)于執(zhí)行器性能的四條研究方向：可移動(dòng)性、連接性、平整度和成形性。基于這些特性，沙利文和菲茨帕特里克計(jì)劃確定軟機(jī)器人在太空探索和組裝中的潛在用途和局限性。
第一個(gè)是移動(dòng)性，研究執(zhí)行器如何移動(dòng)。例如，在月球表面移動(dòng)。連接，作為第二個(gè)關(guān)鍵屬性，是至關(guān)重要的理解探索如何機(jī)器人將聯(lián)鎖和連接在一起。兩個(gè)軟機(jī)器人可以連接在一起，形成一個(gè)巨大的臨時(shí)庇護(hù)所。
第三個(gè)特性是水平，執(zhí)行器如何成功地創(chuàng)建或調(diào)整所需的表面，比如臨時(shí)填充月球棲息地模塊下的空間。“它不必是平坦的平原。它可以是其他一些表面形狀，”菲茨帕特里克說(shuō)。
最后，第四個(gè)特性是加強(qiáng)，它著眼于通過使用氣囊加壓來(lái)增加材料的強(qiáng)度。沙利文說(shuō)：“我們使用執(zhí)行器讓這個(gè)軟機(jī)器人進(jìn)入一個(gè)位置，然后用干擾技術(shù)把它鎖定在一個(gè)位置。”這種技術(shù)可以用來(lái)被動(dòng)地加強(qiáng)另一種結(jié)構(gòu)，比如防塵罩。
“我們認(rèn)為這四件事是問題的關(guān)鍵。一旦我們能夠在單獨(dú)的單元測(cè)試中完成這些，我們就會(huì)想辦法將它們結(jié)合起來(lái)，所以我們可能會(huì)將移動(dòng)性和連接結(jié)合起來(lái)。”蘇利文解釋道。
菲茨帕特里克表示，他們希望在“危險(xiǎn)、骯臟或枯燥”的情況下使用軟機(jī)器人，幫助宇航員在太空和其他行星上生活時(shí)保持安全和高效。