受到猎豹生物力学的启发，研究人员开发了一种新型的软机器人，该机器人能够在固体表面或水中轻松移动，而且速度比前几代软机器人更快。新型软机器人还能够轻松抓取物体，他们还具有足够的强度来举起重物。

相关研究论文已发表在《科学》子刊Science Advances上，题为“Leveraging elastic instabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed and high-force soft robots”。

北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程学助理教授、研究通讯作者尹杰（Jin Yin）说：“猎豹是陆地上最快的生物，它们通过弯曲脊柱来获得速度和力量。”

“我们受到猎豹的启发，创造了一种具有弹簧动力，‘双稳态’脊柱的软体机器人，这意味着该机器人具有两种稳定状态。”

“我们可以通过将空气泵入柔软的硅胶机器人内衬的通道中来在这些稳定状态之间快速切换。在两种状态之间切换会释放大量能量，从而使机器人能够快速对地面施加力。这使机器人能够在地面上奔驰，这意味着它的脚离开了地面。

“以前的软机器人是爬行器，它们始终与地面保持接触。这限制了它们的速度。”

到目前为止，最快的软机器人可以在平坦、坚固的表面上以每秒0.8倍体长的速度移动。新型软机器人被称为“LEAP”，能够以约3Hz的低驱动频率，达到每秒2.7倍体长的速度——比以往快2倍以上。

这些新型机器人还能够在陡峭的斜坡上行驶，这对于向地面施加较小作用力的软机器人而言，通常具有挑战性，甚至不可能做到。

最新研发出来的LEAP机器人长约7厘米，重约45克。

图1受脊柱启发的双稳态软体机器人。

（A）受到猎豹高速奔驰期间主动脊柱机制的启发，提出了一种基于双稳态脊柱的混合式软致动器，以通过可逆的卡扣双稳态实现类似的脊柱屈伸。（B）双稳态混合软弯曲致动器（BH-SBA）的示意图设计。它由三个部分组成：两个柔软的气动双向弯曲执行器（如骨骼肌），一个三维（3D）打印的柔性机构（由两个刚性铰链链接作为脊柱组成）和将机构两端相连的预紧弹簧。（C）双稳态执行器的能量分布示意图，显示一个峰值（不稳定状态I）和两个局部最小能量状态（稳定状态II和III）。它提供了两种工作方式：一种是路径a中的双稳态开关，另一种是路径b中的单稳态。（D）在非致动状态和致动状态下的双稳态工作机构示意图。

研究人员还证明，LEAP设计可以提高软机器人的游泳速度。与过去最快的游泳软机器人每秒0.7倍体长的速度相比，LEAP机器人附有鳍而不是脚，能够以每秒0.78倍体长的速度游泳。

“我们还展示了使用多个软机器人协同工作（例如钳子）来抓取物体的过程。” “通过调整机器人施加的力，这种机器人能够提起像鸡蛋一样小巧精细的物体，同时也能拎起重达10公斤或以上的物体。”

除了快速奔跑、抓取易碎物品、抬举重物等，LEAP机器人还可能用于膝关节的康复，以协助患者步行和跑步。

近年来，软机器人由于与人类和恶劣环境的安全和自适应交互而吸引了巨大的研究兴趣，从而实现了传统刚性机器人很少能够实现的许多新功能，包括对精致对象的操纵、在狭窄的空间中导航，并以多个自由度进行致动。尽管取得了这些进步，但由于其软体的固有局限性，在软体机器人中实现高性能（例如高速运动和高强度操纵）仍然具有挑战性。

研究人员指出，目前他们这项工作还只是一种概念验证，不过接下来他们会改善设计，以使LEAP机器人更快，更强大。他们可能还会与私营部门合作，以调整他们将这项技术纳入其运营的方式。

“潜在的应用包括对速度至关重要的搜救技术，以及工业制造机器人技术。” “例如，想象一下生产线机器人的速度更快，但仍然能够处理易碎物品。”

该工作是在美国国家科学基金会（National Science Foundation）的资助下完成的。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：

https://www.techexplorist.com/scientists-developed-fastest-soft-robot/32171/