受猎豹生物力学的启发，研究人员开发了一种新型软机器人，可以在固体表面或水中轻松移动，并且比前几代软机器人速度更快。新的软体机器人还可以轻松抓取物体，而且它们也有足够的力量来举起重物。

相关研究论文已在子刊发表Science On Science Advances，题为“利用弹性不稳定性来增强性能：受脊柱启发的高速和高力软机器人”。

北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程助理教授金该研究的通讯作者尹说：“猎豹是陆地上跑得最快的生物。它们通过弯曲脊椎来获得速度和力量。”

“我们受到猎豹的启发，创造了一个柔软的机器人弹簧力和‘双稳态’脊柱，这意味着机器人有两种稳定状态。”

“我们可以将空气泵入柔软的硅胶机器人衬里，在这些稳定状态之间快速切换。在两种状态之间切换释放大量能量，让机器人快速向地面施加力。这让机器人在地面上奔跑，这意味着它的脚离开地面。

“以前的软机器人都是爬行者，而且他们始终保持着与地面的接触。这限制了他们的速度。 ”

迄今为止，最快的软体机器人可以以每秒 0.8 倍体长的速度在平坦的固体表面上移动。这种新型软体机器人被称为“LEAP”，可以以大约 3 的速度移动Hz。机器人的低驱动频率可以达到每秒2.7倍体长的速度——比以前快2倍多。

这些新型机器人还可以在陡坡上行驶，具有对地面影响小。对于强大的软体机器人来说，通常是具有挑战性的，甚至是不可能的。

新开发的LEAP机器人长约7厘米，重约45克。

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图 1 受脊柱启发的双稳态软体机器人。

( A) 受猎豹在高速冲刺过程中的主动脊柱机制的启发，提出了一种基于双稳态脊柱的混合软执行器，通过可逆扣双稳态实现类似的脊柱屈伸。(B) BH 双稳态原理图设计-SBA。它由三部分组成：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（由两个作为脊柱的刚性铰链连杆组成）和一个连接两者的预紧弹簧机制的尽头。 (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）。它提供两种工作模式：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) 在非驱动状态和驱动状态下双稳态工作机制示意图如下。

研究人员还证明了LEAP设计可以提高软体机器人的游泳速度。与过去最快的游泳软体机器人相比，速度是每秒体长的0.7倍。 LEAP 机器人有鳍而不是脚，可以以每秒 0.78 倍体长的速度游泳。

“我们还展示了使用多个软机器人（例如钳子）协同工作的过程抓取物体……”通过调节机器人施加的力，这款机器人可以举起鸡蛋一样细小的物体，也可以举起10公斤以上的物体。 ”

LEAP机器人除了可以快速跑动、抓取易碎物品、举起重物等，还可以用于膝关节康复，辅助患者行走和跑步。

,软体机器人由于与人类和恶劣环境的安全和自适应交互而引起了巨大的研究兴趣，从而实现了许多传统刚性机器人很少能实现的新功能，包括对精细物体的操纵，以及在狭窄空间中对精细物体的操纵。具有多个自由度的导航和驱动。尽管有这些进步，但由于其软件的固有局限性，在软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，他们目前的工作只是概念验证，但他们会改进设计，让LEAP机器人更快、更强大。他们也可能会与私营部门合作进行调整。将这项技术融入到他们的运作方式中。

“潜在的应用包括搜索和救援技术，这对速度至关重要，以及工业制造机器人。 “例如，假设生产线机器人速度更快，但仍然能够处理易碎物品。”

这项工作是在美国国家科学基金会的资助下完成的。

文章来源：《机械设计与研究》 网址: http://www.jxsjyyj.cn/zonghexinwen/2021/0707/1157.html