该论文旨在解决藤蔓仿生机器人(vine-inspired robots)在自由空间中部署时的关键限制:
- 轴向刚度(axial stiffness)低、负载能力差
- 转向(steering)期间和之后无法保持形状(shape retention)
- 需要在不影响连续生长(continuous growth)能力的前提下增强结构刚度
论文提出并实现了一种可重构气动关节(reconfigurable pneumatic joint, RPJ)架构:
- 每个RPJ模块由对称分布的气动室(pneumatic chambers)构成
- 通过气压调节(pressure-tunable)实现局部刚度增加,同时保持整体柔顺性(global compliance)
- 将RPJ集成到具有肌腱驱动转向(tendon-driven steering)的软体生长机器人(soft growing robot)中
- 开发了用于空中翻转(mid-air eversion)的紧凑型基站(base station)
论文的核心创新在于:
- 提出了离散化、可压力调节的局部刚度增强机制,实现了全局柔顺性与局部刚性(localized rigidity)的解耦(decoupling)
- 首次在连续生长的藤蔓机器人中实现了选择性局部硬化(selective stiffening)和形状锁定(shape locking)功能
- 通过对称气动室设计,在保持生长能力的同时提供可控弯曲刚度(bending stiffness)
- 相比传统的层间干扰机制(layer-jamming mechanisms),提供了可比较的局部硬化性能但系统更简洁
论文对该领域的主要贡献包括:
- 为结构自适应藤蔓机器人(structurally adaptive vine robots)提供了一种实用的技术路径(practical pathway)
- 实验验证了机器人具备:改进的弯曲形状保持能力、减少的负载重力偏转(gravitational deflection)、级联收缩(cascading retraction)功能
- 实现了在自由空间中高达202g的有效载荷运输(payload transport)
- 拓展了藤蔓机器人在物体分拣(object sorting)和无约束环境自适应探索(adaptive exploration)等操作导向任务(manipulation-oriented tasks)中的应用潜力