Credit:麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室生物学家长期以来经历了记录海洋生物的挑战，事实证明，许多鱼类物种对人类的水下运动相当敏感。作为一种可能的解决方案，计算机科学家一直在开发特殊的海洋机器人，这些机器人可以在碳基机器人中悄悄移动:例如，2018年，麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的一个团队制造了一种柔软的机器鱼，它可以与真正的鱼一起沿着斐济的珊瑚礁自主游泳。
然而，水如何运动的复杂动力学——以及它快速破坏一些完美电子系统的能力——使得水下机器人比空中或陆地机器人更难开发。有了这条鱼，CSAIL团队不得不经历几个月的反复试验来手动调整设计，以便它能够在水中可靠地工作。
虽然那个机器人特别复杂，但由麻省理工学院教授沃西奇·马图西克(Wojciech Matusik)和丹妮拉·鲁斯(Daniela Rus)领导的一个小组仍然认为，有加快生产过程的空间。考虑到这一点，他们现在已经创建了一个新的工具，用于在几个小时内模拟和制造一个功能性的软机器人。
该团队使用他们的系统制造了一个柔软的机器人海星，由硅泡沫制成，能够用一个低功率的致动器移动。starf ish通过它四条腿的肌腱移动，肌腱连接到一个伺服电机，用于弯曲和放松腿。
“水下机器人和它周围的流体力之间的被动相互作用——无论是平静的水流还是起伏的波浪——比机器人在稳定的地形上行走时要复杂得多，这使得创建它的控制系统相当困难，”CSAIL博士后约瑟芬·休斯说，她和博士生杜涛一起合著了一篇关于海星的新论文。“但是使用这个模拟器，一个通常可能需要几天或几周的过程可以在几个小时内完成。”
杜说，团队选择海星的设计是因为它的动作简单优雅，腿部的挤压和释放创造了向前的运动。然而，该团队发现模拟器适用于一系列身体类型，因此他们接下来将探索受海龟、蝠鲼和鲨鱼启发的设计，这些设计涉及关节、鳍和鳍状肢等更复杂的结构。
学分:麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室该小组的工具包括一个机器学习模型，对机器人的控制机制进行初步模拟和设计，然后快速制造出来。然后使用机器人的真实实验来获取更多数据，以反复改进和优化其设计。结果是，机器人通常只需要重新制造一次。(目前正在审查一份关于模拟工具开发的单独文件。)
新加坡国立大学控制与机电一体化教授塞西莉亚·拉斯基(Cecilia Laschi)没有参与这项研究，她说:“在进行机器人模拟时，我们必须进行近似，根据定义，这将在模拟和现实之间造成差距。“这项工作旨在缩小现实差距，模拟和真实实验的混合循环非常有效。”
对于海星的身体，研究小组使用了硅泡沫，因为它具有弹性、自然浮力以及快速简便制造的能力。在实验中，研究人员发现，海星在水中的移动速度比使用人类专家手工制作的控制器快四倍。
事实上，休斯说，研究小组发现模拟器似乎采用了人类自己都不会想到的控制策略。
休斯说:“通过机器人海星，我们了解到，除了那些非常明显的腿部推进，还有一些更微妙的高频运动可以给它们提供重要的动力。
该项目建立在一系列专注于软机器人的CSAIL项目的基础上，Rus表示，软机器人比刚性机器人更安全、更坚固、更灵活。研究人员越来越多地转向软机器人，以适应需要在狭小空间中移动的环境，因为这种机器人能够更有弹性地从碰撞中恢复过来。Laschi说，该团队的工具可以用来为我开发机器人，在深海的不同位置收集数据，并总体上设想机器人能够以研究人员尚未想到的新方式移动。
“像海星机器人和SoFi这样的生物启发机器人可以在不干扰海洋生物的情况下更接近海洋生物，”Rus说。“未来，通过快速设计和建造受生物启发的机器人仪器，将有可能创建定制的天文台，可以部署在荒野中观察生命。”
杜和休斯与马图西克、罗斯和麻省理工学院本科生塞巴斯蒂安·华共同撰写了这篇论文。这篇论文发表在本周的《机器人自动化快报》杂志上，也将于下月在IEEE国际软机器人会议(RoboSoft)上发表。
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