“美人鱼”机器人登上Nature封面：入水瞬间四肢变脚蹼，耶鲁出品

白交 2022-10-13 13:17:32 来源：量子位

耶鲁大学出品

白交发自凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

有没有想过像个美人鱼一样，跳入水中你的腿瞬间变成脚蹼？

现在，耶鲁大学的研究人员就真真创造了这样一个机器人，并登上了Nature封面“Turtle eclipsed”（乌龟黯然失色）。

嗯，从外观上可以看出来，科学家们的灵感来自于水龟和陆龟，现在将他们合二为一——

地面上机器人四肢像陆龟一样正常行走，下水后其腿就会变成鳍状肢，顺滑的游行~

Nature首席物理科学编辑将这种形态变化形容为：按需进化。

有一说一，有点羡慕。

如何做到的？

以往主流机器人的设计策略，倾向于不可改变的结构和行为，导致系统无法适应不同的环境。

因此，为了实现特定的多环境运动，能够穿越陆地、水生和中间的过渡区，研究人员给出的设计策略是自适应性形态变化。

简言之，就是机器人的形态和行为都是通过统一的结构和驱动系统来实现的。

这也是本次机器人与其他两栖机器人最大不同的地方，其他机器人往往会添加多个推进机制，在每个环境中使用不同的推进机制，从而导致能源效率低下。

具体实现上，它融合了传统的刚性部件和软性材料，从根本上增强了其四肢的形状，并为多环境下的运动改变其步态。整个身体包括四个子系统：底盘、外壳、肩关节和变形肢体。

其中底盘就不必说了，负责容纳电子器件。外壳提供保护作用的同时，还可用于浮力调整。

而真正完成一系列步态变化的功臣要属肩关节和变形肢体。肩关节运动机制有三个自动度，变性肢体则有两部分组成，顶部的气动执行器以及底部可随温度改变的刚度材料。

当嵌入的加热器加热使其材料软化并给肢体充气，此时肢体的横截面积和硬度都会发生变化。这样一来，它的四肢既可以有适应陆地行走的圆柱形形状，又有利于游泳的平鳍形状。

随后科学家们分别在水下和陆地（以瓷片、混凝土和花岗岩为代表的环境）实施了最为稳固运行的两种步态。

除此之外，还为机器人设计了一条从陆生到水生的过渡路线。结果发现，还没有在浅水区完全淹没，它就已经在游泳了。

除此之外，科学家还与其他陆生水生动物和机器人做了比较，针对单个环境，ART的表现跟最先进的单模态——水生或陆生的机器人相近，甚至某些情况还超过了后者，以及还超过了一些动物。（狗头）

科学家们表示，这个机器人潜在的应用有很多，比如沿海岸线的生态系统监测、潜水员支持和海洋养殖。

而在学研的领域，机器人还可以帮助研究人员研究复杂冲浪区以及其他环境过渡区的运动物理学。

论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05188-w#Sec24
参考链接：
https://news.yale.edu/2022/10/12/morphing-limbs-robot-travels-land-and-water