WPI研究人員開發(fā)用于搜救行動的3D打印機器人

2023年8月16日，南極熊獲悉，美國伍斯特理工學院（WPI）的研究員Markus Nemitz獲得了美國國家科學基金會頒發(fā)的59.9萬美元（約為436萬人民幣）職業(yè)獎，旨在開發(fā)一種新型低成本、可定制的3D打印軟機器人，這些機器人可應用于具有挑戰(zhàn)性環(huán)境的搜救行動。另外，該項目有望應用于太空探索、氣候監(jiān)測和敵對環(huán)境中的檢查操作等其它領域。

△Markus Nemitz展示軟體機器人原型

開發(fā)者的初心

軟體機器人采用高度可塑性材料制造，能夠實現(xiàn)類似于傳統(tǒng)機器人難以模仿的生物體靈活運動，使其特別適用于搜索和救援任務。這些任務可能需要機器人在封閉空間中游泳、爬行、攀爬和潛水。

△針對該救援事件后期拍攝的紀錄片海報

Nemitz的研究重點是開發(fā)集成流體回路的小型靈活3D打印機器人，能夠快速生產和定制，以應對特定的災難條件。這些機器人將在模擬泰國Tham Luang（睡美人）洞穴部分區(qū)域的微型模型中進行測試，該洞穴在2018年被洪水困住，12名青少年足球運動員和教練被困其中。

該研究項目于8月1日啟動，預計將持續(xù)到2028年7月31日。

WPI機器人工程系助理教授Nemitz評論道：“災難往往需要獨特、專業(yè)的應對措施，就像睡美人洞穴危機所需的那樣。開發(fā)由柔軟、靈活的材料快速制造的小型機器人具有巨大的潛力，它們能夠探索人類難以進入的潛在危險區(qū)域，包括地震遺址、洪水泛濫區(qū)甚至核事故現(xiàn)場，從而極大地助力救援工作�！�

△該名獲獎研究員Markus Nemitz

開發(fā)3D打印搜救機器人

在這個項目中，Nemitz致力于開發(fā)機器人設計和制造的創(chuàng)新原則，將機械智能、3D打印流體電路和柔性電子器件相融合。

機械智能利用機器人的幾何形狀和材料特性來適應意外條件，從而顯著降低機器人所需的計算能力。

△早在2017年，WPI研究人員開發(fā)的一款蛇形軟體機器人，從右向左看，一個柔軟、可壓縮的致動器；兩個致動器放在一起，使得蛇形機器人能夠側向移動；一個帶有三個致動器的模塊，使機器人還能夠抬起頭部；一個帶有電子設備的完整模塊

流體電路則通過在機器人內部的靈活通道中引導流體運動，將外部刺激信號轉化為控制機器人功能的命令。這些電路可以直接嵌入到機器人的身體內，在彎曲或扭曲時仍能保持功能。Nemetz的目標是開發(fā)具有集成流體狀態(tài)機的3D打印機器人，該狀態(tài)機能夠響應流體傳感器并控制流體執(zhí)行器。因此，該項目將致力于開發(fā)一種新型的互補流體門和電流體存儲元件。

此外，項目還將采用高度動態(tài)變形耐受性的柔性、可拉伸電子器件。柔性電子電路和電流體互連將使用導電墨水和彈性體集成到機器人中。機器人內的電子設備將僅用于選擇流體功能、激活流體傳感器功能以及將程序寫入流體存儲器。

商業(yè)3D打印機和彈性纖維將用于制造這些機器人。為確�？尚行�，Nemitz將評估設計和3D打印機器人所需的時間。此外，還將評估機器人在實驗室模型洞穴系統(tǒng)內達到指定目標的能力。

△WPI擁有機器人工程學士學位和相關研究生課程，處于機器人教育和研究的前沿

Nemitz解釋道：“這些機器人配備了麥克風和攝像頭等傳感器，將增強救援人員的能力，特別是在自然災害時。為了確保能夠在緊急情況下做出快速、動態(tài)的響應，我們必須不斷創(chuàng)新和開發(fā)新技術。機器人技術正處于這一發(fā)展的前沿�！�

作為項目的一部分，Nemitz還將為伍斯特縣的女高中生舉辦機器人實踐夏令營。這與WPI推出新的3D打印機器人本科課程的計劃相一致。