通過3D打印技術(shù)，科研人員開發(fā)出一種類似于藤曼的自生長和自適應仿生機器人

南極熊導讀：在面對探索非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的任務時，傳統(tǒng)機器人可能會受到無法跨越未知障礙物的限制，比如無法穿越的間隙等。這就是自生長軟體機器人發(fā)揮作用的地方，因為它可以像植物藤蔓一樣自由生長。

△意大利理工學院的科研人員，開發(fā)出一種可以不斷生長的軟體機器人FiloBot，它具有受攀爬植物啟發(fā)的自適應能力

2024年1月19日，南極熊獲悉，意大利理工學院（Istituto Italiano di Tecnologia）的科研人員開發(fā)了一種能夠夠向著光源生長的軟體機器人FiloBot。它生長方式類似于攀緣植物的卷須，可以沿著物體表面生長，并通過卷曲自身的部分來附著和支撐。

FiloBot通過將3D打印熱塑性塑料長絲從基站的線軸拉入其頭部，實現(xiàn)了身體的逐步生長。機器人的頂部具有圓錐形頭部，底部有一個電源/基站，中間是莖狀主體。隨著機器人的成長，身體逐漸變得更長。

△FiloBot的頭部工作原理示意圖

在這個過程中，細絲穿過頭部的加熱擠出機，而擠出機相對于主體緩慢旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計允許機器人在連續(xù)的熔融塑料卷繞層中3D打印自己的身體，而這些塑料在冷卻時會粘合在一起。

值得注意的是，身體并非以統(tǒng)一的方式打印。為了響應頭部集成電子設(shè)備中的光傳感器、陀螺儀等，塑料的溫度、方向和沉積速度不斷變化。通過這種方式，F(xiàn)iloBot能夠控制其身體生長的方向，始終朝著光的方向前進，并遠離地面。

△關(guān)于這項研究的論文已發(fā)表在《科學機器人》雜志上，題目為“一種不斷生長的軟機器人，具有受攀爬植物啟發(fā)的自適應行為，可在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中導航”（傳送門）

最重要的是，當存在垂直支撐物時，機器人會自動纏繞在它們周圍，就像藤蔓繞過棚架一樣。這樣，在不需要力量時，機器人可以花費更少的時間和精力來培養(yǎng)強壯的身體。然而，當檢測不到相鄰的支撐表面時，也就是當頭部到達開放空間時，身體會變得僵硬而強壯，以支撐自己。

△FiloBot可以像植物一樣爬到樹上

自適應3D打印機器人的未來前景

自主、自適應機器人系統(tǒng)適用于不可預測、非結(jié)構(gòu)化的場景。這類機器人需要像攀緣植物一樣適應各種障礙和環(huán)境變化，以完成任務。這種自適應功能在監(jiān)測和伴隨救援行動、測量危險區(qū)域環(huán)境污染、以及探索未知和變化地形中引導路線等應用中具有潛在價值。

團隊通過為自主系統(tǒng)引入可移動增材制造技術(shù)，并結(jié)合仿生行為策略，展望了未來機器人在非結(jié)構(gòu)化和動態(tài)環(huán)境中的導航能力。他們借鑒攀緣植物的生長策略，提出基于攀爬植物模型的軟機器人設(shè)計，相較于基于單一機制和功能的設(shè)計，能夠提供更多幫助�？紤]攀緣植物生長策略的多樣性和潛在發(fā)育特征，這為尋找改進機器人功能的新方法提供了巨大的潛力。