瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员近期在Science Robotics杂志上发表了题为《基于局部水动力传感的鲁棒自组织波动游动的出现》的研究成果。这一创新性工作揭示了鳗鱼机器人在中央控制系统损坏时,仍能通过从水中接收传感反馈信号来协调运动,为研发更为坚韧耐用的移动机器人开辟了新路径。
机器人学与生物学之间的紧密联系不仅体现在仿生设计上,也体现在利用复制生物传感与控制系统来增进对生物运动机制的理解。此次研究聚焦于鳗鱼在水中感知周围流体的能力,即其在游泳时所感受到的压力状况。这一特性启发了研究人员设计出了一款名为AgnathaX的机器人。
AgnathaX是在AmphiBot蛇形两栖机器人基础上优化而成的一款机器人。AmphiBot本身便是一款能在水中自由游动的创新设计。AgnathaX通过集成驱动关节、刚体节段、独立电路(包括振荡器和耦合器)、左右对抗肌及侧向力学传感器等关键组件,展现出强大的适应性和自主性。
AgnathaX的核心由10个伺服电机、一台Linux计算机、电池与被动尾部模块构成。其独特之处在于,力学传感器模块不仅实现了机器人与水动力的交互,还能提供关键的信号,帮助生成和同步所需的节奏性肌肉活动。这一设计使得AgnathaX即便在不同部分间通信中断的情况下,仍能维持高效的波浪式运动。
研究指出,中央和周围神经系统的协同作用显著增强了机器人抵抗神经中断的能力。通过感知自身与水的物理互动,外部压力传感器为生成和同步运动所需节奏性肌肉活动提供了有效支持。即使模拟脊髓损伤,AgnathaX也能依靠压力传感器发出的信号维持波浪式运动。
这一研究不仅推动了水下机器人技术的发展,也为设计更高效、更可靠的游泳机器人提供了可能,适用于搜索、救援及环境监测等领域。此外,AgnathaX的设计理念为模块化机器人提供了新思路,通过使用更独立的模块,机器人能够更好地抵抗中枢系统可能发生的损坏。
此次科研成果不仅展示了生物启发设计在机器人领域的潜力,也体现了模块化设计在增强机器人适应性和鲁棒性方面的重要价值。随着此类研究的深入,未来我们有望见证更多创新的机器人技术应用于实际场景,为人类社会带来深远影响。