适合各类复杂环境的四足机器人

　　腿式运动扩展了机器人的应用范围，但在地球上一些最具挑战性的环境中，大部分腿式机器人依然无能为力。

　　瑞士 ANYbotics 公司的团队提出了一种稳健的控制器，可以部署到 ANYbotics 旗下多种机器人中。有了新型控制器的加持，这些机器人可以轻松翻越溪流、草地、雪地、碎石坡等富有挑战的场景。

　　这些机器人可以轻松走过小溪：行走在林间，即使是草木丛生的不平坦地面：在下坡的雪地上行走：从有水流过的台阶爬下去......

　　在这样复杂的环境中行走，对于人或动物来说有时也会显得磕磕绊绊，要打造能如履平地的机器人，难度自不必说了。

　　ANYbotics 的研究者提出了一种稳健的控制器，用于在充满挑战的地形上进行四足运动。该控制器仅使用联合编码器和惯性测量单元的本体感受（proprioceptive）度量，这是腿式机器人上最耐用最可靠的传感器。

　　该控制器被用于 ANYmal 四足机器人的两代版本中。四足机器人在泥土、沙子、瓦砾、茂密的植被、雪地、水中和其他越野地形中安全地小跑。

　　研究人员介绍说，这个控制器由一种神经网络策略驱动，在模拟环境中进行训练。虽然没有任何现实世界的数据和精确的地形模型，该控制器仍然能克服野外的各种不规则地形。研究人员还强调说，「我们的系统可以穿越视频所示的所有地形，而且一次都没有摔倒。」

　　此外，这项研究中提到的方法并没有用到摄像头、激光雷达或接触式传感器信息，只依赖本体感受传感器信号（proprioceptive sensor signal）来提高控制策略在不同地形中的适应性和稳健性。

　　ANYbotics 的团队表示，他们从事腿式机器人的研究已经超过 10 年，如今又根据工业需求重新对 ANYmal 机器人进行了设计。他们的研究核心是设计出强大的扭矩可控制动器，使得机器人能够爬上陡峭的楼梯，可靠地承受各种环境变化带来的压力。

　　一种可以改变刚度的“皮肤”结构

　　科学家们也在为机器人设计各种各样的“皮肤”，来提高机器人在某方面欠缺的能力，例如设计具有传感能力的皮肤模块附着于软体或者是刚性的机器人表面，让机器人具有感知外部世界的能力。有的研究者干脆直接制作了具有驱动能力的柔性皮肤，让毛绒玩具也能瞬间变身为具有运动能力的“机器人”。相比于改变机器人本身的结构和设计，为机器人添加模块化或者柔性的皮肤，也是提升机器人能力的一种方法。

　　受自然界的启发，研究者们希望能设计可切换刚度的结构，从而满足不同的需求。近日，来自耶鲁大学的研究团队近日提出了一种可以改变刚度的“皮肤”结构，从新的设计思路出发来设计变刚度结构（该团队之前已经提出了一款可以赋予物体生命的气动皮肤，发表于science robotics）。这种结构本身可以被拉扯和折叠成为三维形状，或者是附着在物体表面来影响物体本身的刚度。该“皮肤”利用了真空驱动的薄片挤压阻塞原理(layer jamming)来实现刚度变化，安全可靠，变化速度快，通过真空抽取的刚度变化可达最大47倍（0.67N/m到31.05N/m）, 因此在机器人领域和可穿戴等领域有着广泛的应用前景。

　　变刚度“皮肤”不仅仅柔软，更重要的是它还具有一定的弹性，这使得它能够适应更多的表面，做出更多不同的形状变化。

　　研究者通过各种实例来展示了变刚度“皮肤”的实用性，包括折叠“皮肤”来实现各种功能，以及将皮肤附着于一些物体表面来提升整体刚度。

　　通过包裹物体，可以让原本柔软的物体具备大刚度，可以作为保护伤者手腕的支撑件，变化刚度从而限制手腕运动，质量轻便。

　　变刚度“皮肤”的加工过程还是相对比较繁琐，因为内部包含了阻塞单元和抽真空用的管，要分层进行制作，下面展示了它的制作过程。

　　另外，这种变刚度的皮肤可以被用于具有多节多段的软体机器人结构，因此来改变不同部分的刚度，满足不同的需求。相比于之前专门设计驱动器的结构来实现变刚度，这种可以随时穿上取下的变刚度“皮肤”确实方便了不少。

　　研究者通过设计2d的薄膜结构，然后二维变三维，附着于物体表面，从而改变刚度。这款“皮肤”展现了广泛的实用性和不错的可重复利用性。

　　当然，研究者指出，现阶段这款设计还有很多局限，例如受到目前材料和结构的限制，皮肤还没有办法很好的完全贴合物体表面。同时薄膜的寿命也是一个问题。在未来，研究者希望通过改进结构设计来实现更加贴合物体表面的皮肤，同时刚度上也能得到更大的提升。

　　可以穿越人类活体结肠的微型机器人

　　普渡大学的工程师们创造了一个小小的长方形机器人，它的身材只有几根人类的头发那么宽，这款小小的机器人可以通过在结肠中做端部翻转的动作，并且已经在活体动物模型中进行了演示。

　　这款机器人被设计用来运送药物，并通过翻转的方式让它在人类结肠的粗糙地形中移动。该机器人还能够通过侧向翻转来行驶。该机器人旨在将药物直接输送到目标部位，以消除使用其他输送方法可能导致的药物脱发或胃出血等副作用。

　　该研究展示了微型机器人首次在体内翻越生物系统。这种微型机器人太小，无法携带电池，因此它在人体外部通过磁场供电和无线控制。研究人员David Cappelleri表示，当团队应用旋转的外部磁场时，机器人可以像汽车轮胎一样在崎岖的地形上滚动。

　　磁场可以安全地穿透不同的介质，包括人体。研究人员选择使用结肠进行活体实验，是因为它有一个容易进入的点。对小机器人来说，这是一次艰难的航行，因为它要逆着结肠的流体和材料反方向行驶。

　　磁性机器人可以不顾条件在结肠中移动，团队使用活的小鼠结肠进行实验，小鼠处于麻醉状态，微型机器人通过直肠插入生理盐水溶液中，研究人员则利用超声波设备实时观察了这一过程。