一种由形状记忆合金驱动的聚酰胺软水母机器人

研究人员开发的水母机器人。图片来源：Muralidharan et al

近几十年来，机器人专家受到大自然和生物体的启发，一直在开发越来越复杂的机器人。通过逼真地模拟生物过程和动物行为，这些机器人通常可以在不同的环境中导航，并以高效的方式解决现实世界的问题。

印多尔印度理工学院和焦特布尔印度理工学院的一个研究小组最近开发了一种新的仿生机器人，它的外观和行动都像水母。该机器人发表在《国际智能机器人与应用杂志》上，可用于远程监控海洋生物或在水下执行其他任务。Muralidharan、Saini和他们的同事在论文中写道:“我们制造了一种由形状记忆合金(SMA)驱动的新型柔性聚酰亚胺软水母机器人，并模仿了水母的脉冲和恢复过程。”“现有的SMA线嵌入触须制造技术是一个耗时且耗费人力的过程。与传统的基于模具的方法相比，所提出的结构新颖，成本效益高，易于制造，耗时短。”为了制造他们的机器人，Muralidharan, Saini和他们的同事首先将75 μm厚的Kapton聚酰胺片(即聚酰胺基胶带)切割成一个类似水母身体的对称结构，直径为25厘米。然后他们在这个结构的特定位置打孔，在那里他们将稍后插入SMA导线。sma是一种具有有趣特性的金属，即在变形后加热后能恢复其原始形状。对于他们的机器人，研究人员使用了一种称为镍钛诺的SMA，这种材料通常用于制造设备、电缆连接器和其他电子元件。镍钛诺被插入先前在水母状结构上打孔的孔中，另外一块聚酰胺胶带被粘贴在机器人身体的顶部，以固定电线。然后，研究人员用橡胶绳将每个触手的末端连接到机器人身体的中心。Muralidharan, Saini和他们的同事在他们的论文中写道:“我们已经研究了不同SMA线直径和频率下水母结构的行为。”“我们测量了水母在模仿过程中触手的位移和速度。利用梁弯曲理论对SMA嵌入式结构进行了温度建模和挠度建模。此外，在Ansys Fluent中进行了水母模拟的初步仿真，并对其推力进行了评估。这个研究小组以水母为灵感创造的机器人柔软、灵活、非常轻，重量只有45克。它还基于价格合理、易于采购的材料，并且可以很容易地大规模制造。在最初的测试中，机器人的原型表现得非常好，有效地以10毫米/秒的速度水平游泳，以0.2毫米/秒的速度垂直游泳。

未来，这种新型机器人可以进一步改进，为特定应用量身定制并商业化。这将有助于有效地解决许多需要导航和/或监测水下环境的现实问题。研究人员写道:“结果表明，所提出的方法可以成功地应用于模仿水母的运动，并扩展到水下应用。”“最初的原型机已经开发出一个机载摄像头模块和声纳传感器，用于目标检测应用，采用水密PDMS钟形结构。”