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          90秒速通馬里奧!3D打印的軟體機器手登上ScienceAdvances 封面

          時間:2021-07-21 來源:大數據文摘大數據文摘

          最近,馬里蘭大學的一個研究小組利用 3D 打印技術制作了一個軟體機器人手,這個機器手十分靈活,甚至可以玩《超級馬里奧兄弟》,最關鍵的是,它玩得還挺上手。該項研究登上了 Science Advances 封面,展示了軟體機器人領域的一項有前途的創新。 

          軟體機器人固有的安全性和適應性引發了科學家對其在假肢和生物醫學設備等方面應用的興趣。但要真正實現對軟體機器人彎曲和移動等行為的控制,仍然是十分困難的。馬里蘭大學機械工程助理教授 Ryan D. Sochol 領導的團隊,他們所取得的關鍵突破,正是在于能夠利用 3D 打印一步完成帶有集成流體電路的完全組裝的軟體機器人。論文共同第一作者 Joshua Hubbard 解釋說:" 以前,軟體機器人手的每個手指通常需要自己的控制線,這會限制其便攜性和實用性。"Hubbard 在作為 Sochol 在 UMD 的生物啟發先進制造(BAM)實驗室的本科研究員期間進行了這項研究。" 但是通過 3D 打印帶有集成流體晶體管的軟體機器人手,它可以只根據一個壓力輸入就能玩任天堂了。" 在演示中,團隊設計了一個集成流體電路,使手能夠根據單一控制壓力的強度進行操作。例如,應用低壓力僅使第一根手指按壓任天堂控制器,使馬里奧行走,高壓力則代表跳躍。在一個設定的程序指導下,在關閉、低、中、高壓力之間自主切換,機械手能夠按下控制器上的按鈕,在不到 90 秒內通過了《超級馬里奧兄弟》的第一關。

           

          最近,有幾個小組試圖利用流體電路來增強軟體機器人的自主性 ",應屆博士畢業生、該研究的共同第一作者 Ruben Acevedo 說," 但建造和將這些流體電路與機器人整合的方法可能需要幾天到幾周的時間,需要高度的手工勞動和技術技巧 "。為了克服這些障礙,該團隊轉向了 "PolyJet 3D 打印 ",這就像使用彩色打印機一樣,但要在 3D 中把許多層多材料的 " 墨水 " 堆疊在一起。研究報告合著者 Kristen Edwards 說:" 在一天內,只需少量的勞動,研究人員就可以通過按下 3D 打印機的啟動鍵,擁有一個完整的軟體機器人,這包括所有的軟體執行器、流體電路元件和身體特征。" 選擇利用《超級馬里奧兄弟》來驗證策略,既是出于科學的考慮,也是出于樂趣。因為視頻游戲的時間和關卡構成是既定的,只要有一個錯誤就會導致游戲結束。所以,玩馬里奧也提供了一種評估軟體機器人性能的新方法,這種方法具有獨特的挑戰性,這在以前是沒有過的。除了這個能夠通關馬里奧的機器人手之外,在論文中,團隊還報告了以陸龜為靈感的軟體機器人。該團隊戰略的另一個重要好處是它是開源的,論文開放給任何人閱讀,并在補充材料中提供了一個 GitHub 的鏈接,其中有他們工作中所有的電子設計文件。 " 我們希望這種開源的 3D 打印策略將擴大集成流體電路的軟體機器人的可及性、傳播性、可重復性和采用性,同時能加速該領域的進步。"  

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