清華新聞網(wǎng)9月17日電 軟體動(dòng)物如章魚(yú)、水母和鰩魚(yú)，能夠通過(guò)在組織內(nèi)部無(wú)縫集成運(yùn)動(dòng)、感知與能量供給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)，這種天然架構(gòu)體現(xiàn)了生物的具身智能。相比之下，傳統(tǒng)軟體機(jī)器人多依賴(lài)傳感、驅(qū)動(dòng)和能量模塊的橫向拼接，但受限于結(jié)構(gòu)空間與固有變形，其在集成高能量密度電源方面存在困難，限制了持續(xù)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。尤其是柔性電池在變形和振動(dòng)下電化學(xué)過(guò)程易受干擾，導(dǎo)致容量衰減與短路風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)模量不匹配也削弱了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能。為此，亟需發(fā)展垂直集成方法，在保持機(jī)器人柔順性的同時(shí)最大化功能區(qū)域利用，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、感知與供能系統(tǒng)的高效協(xié)同，從而推動(dòng)軟體機(jī)器人邁向真正的具身智能。
圖1.磁場(chǎng)增強(qiáng)的柔性垂直集成機(jī)器人
圖2.機(jī)器人在自主環(huán)境探索和擾動(dòng)糾正上展現(xiàn)智能
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院丁文伯副教授所在的智能感知與機(jī)器人（Smart Sensing and Robotics, SSR）課題組與周光敏副教授課題組合作提出了一種磁驅(qū)動(dòng)柔性電池集成機(jī)器人。該機(jī)器人集成的抗形變?nèi)嵝噪姵?，在機(jī)器人固有磁場(chǎng)增強(qiáng)下表現(xiàn)出優(yōu)異性能，在200次循環(huán)后的容量保持率具有57.3%。這種柔順電池可在機(jī)器人本體上實(shí)現(xiàn)44.9%的大面積部署，并通過(guò)與合理設(shè)計(jì)的柔性混合電路進(jìn)行垂直集成，在保持可變形性的同時(shí)將額外剛度降至最低。這種執(zhí)行器–電池–傳感器的柔性垂直集成方法最大化了功能區(qū)域的利用率，并在仿鰩魚(yú)軟體機(jī)器人中得以實(shí)現(xiàn)，從而構(gòu)建了一個(gè)具備感知、通信和穩(wěn)定供能能力的無(wú)束縛平臺(tái)。該系統(tǒng)在水下環(huán)境中展示了具身智能，包括擾動(dòng)修正、避障和溫度監(jiān)測(cè)等多樣化功能，并通過(guò)本體感知與環(huán)境感知實(shí)現(xiàn)了磁驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)決策。
研究成果以“磁場(chǎng)增強(qiáng)的垂直集成實(shí)現(xiàn)無(wú)繩軟體機(jī)器人的具身智能”（Magnetic field–enhanced vertical integration enables embodied intelligence in untethered soft robots）為題，于9月10日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances），并被遴選為當(dāng)期封面（Front Cover）論文。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授丁文伯、周光敏，新加坡國(guó)立大學(xué)助理教授吳昌盛為論文共同通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2021級(jí)博士生李瀟灑、2022級(jí)博士生肖瀟，新加坡國(guó)立大學(xué)2022級(jí)博士生肖瀟為論文共同第一作者。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、深圳市科技計(jì)劃、深圳市普適數(shù)據(jù)賦能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院、深圳鵬瑞基金會(huì)鵬瑞青年教師項(xiàng)目、新加坡科學(xué)技術(shù)研究局、新加坡國(guó)立大學(xué)校長(zhǎng)青年教授啟動(dòng)基金及RoboLife啟動(dòng)基金的資助。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv9572
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
