一款机械臂的无人机,韩国首尔大学的科学家们“旧瓶装新药”

导语 给无人机加装一条机械臂，以使它具有一定的夹持能力，这已经并不是一件新鲜事了。早在2016年的时候，就有日本制造商Prodrone推出了一款机械臂的无人机。两个五轴机械臂配合末端抓手搭载在无人机机身底部，让这款无人机有点神似老鹰，并在当年小火了一把。
 

        看上去还是很炫酷的

        而几天前，韩国首尔大学的科学家们“旧瓶装新药”，竟然利用这个概念顺利登上了《Sciences Robotics》的封面。
 

        这款无人机的机械臂长达70厘米，末端可以搭载相机和机械抓手等不同的设备，以完成相应的任务。比如携带相机以鸟儿的角度去拍摄大树里的风景，或者深入到人们到达不了的沟渠、烟囱去抓取垃圾。
 

        但很显然以这款无人机这种粗糙的造型，加上简单的功能是不足以登上《Sciences Robotics》的，那么它的玄妙之处在哪呢？
 

        所以问题的关键并不仅仅在于带有机械臂的无人机，而是能够变形的机械臂。这款被安置在无人机底部的机械臂，可以说是首尔大学这款无人机的精髓，因为它闲时可以收缩完全不占用空间，用时可以拉伸，瞬间变身成70厘米长的大手臂完成相应任务。
 

        据韩国首尔国立大学软机器人研究中心主任Kyu Jin Cho透露这款机器人的灵感来源于折纸。他说“折叠、包装日常用品是很常见的动作，为什么不在机器人领域也折叠一下呢？而且这种机器人手臂采用变刚度技术，它具有刚性和柔性机器人的优点。机器人手臂可以在不使用时折叠平放，并且在必要时可以变硬，此外，手臂由坚韧的防撕裂织物和经过特殊处理的强力PET薄膜组合而成，实用性强。”
 

        这款折纸机构是由上图所示的长方体组成，四个侧面中分为可折叠部分和垂直部分。长方体内部设有一个加强肋是简单的锁死装置，当长方体展开时它通过磁体固定在制动器的一个壁上并赋予它轻度。当被拉伸时，它也会像结构的其他部分一样折叠。
 

        而且，这种折纸结构也非常容易解锁，通过一根丝线利用小小的拉力就能使纸盒折叠起来。
 

        就这样连接在一起的长方体盒子，受几根丝线控制便能完成收缩、伸展甚至是蠕动等一系列的运动。
 

        首尔大学的研究人员们将这些能变形的盒子串联在一起，并在无人机顶部安装可控制的电动机来拉动他的线来控制机械臂的收缩与伸长。
 

        这个可折叠的机械臂重量极轻，总仅为258.6克。而且重量小于30克的六角形结构（40×40×100毫米）可以承受超过12千克的压缩载荷。可以说是刚柔并济机器人的典范了。
 

        其实近年来，“折纸机器人”已经成为科学家的宠儿，由金属或塑料平板制成，可以折叠也可以展开，以便随处移动。麻省理工学院的研究人员甚至创造了一种由肉类薄片和外骨骼制成的可吞咽折纸机器人，这种技术让微型机器人更加机动灵活。
 

        哈佛大学工程师们采用日式立体剪纸艺术，而不是折叠，来制造人造蛇皮，使软机器人能够爬行前进。画风也是清奇无比。
 

        而以上这些折纸机器人还都处在实验室原型阶段，还需要更深入的摸索，改进一些东西。比如研究表明，首尔大学研制的这种机器臂将来可以帮助科学家从裂缝中收集样本或检查烟囱、管道和其他狭窄空间。但要做到这一点，还需要改进一些东西：首先，手臂应该做得更长、更稳固，即使无人机在快速飞行中也能工作。现在手臂只能朝一个方向延伸，研究人员已经在探讨制作“紧凑而轻便的折纸关节”。