剑桥大学研究人员利用刚性和柔性材料在线赌场网址大全:,研究人员使用3D打印技术制作机器手

研究人员使用3D打印技术制作机器手,通过将不同比例的硬塑料和软橡胶混合,生产具有不同硬度的韧带和关节,将其组装成仿真手后再连接到普通的工业用机械臂上。研究人员编写程序控制机械臂运动,模拟手腕带动手指在钢琴上弹奏乐曲。

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近年来,得益于3D打印技术的进步,很多柔性材料也开始应用到机械人设计中来。剑桥大学研究人员利用刚性和柔性材料,以3D打印技术复制了人手的骨头和韧带,但不包括肌肉和肌腱。

由剑桥大学的研究人员开发的机器人手是通过3D打印软质和刚性材料制成的,用于复制人手中的所有骨骼和韧带

而不是肌肉或肌腱。尽管与人手相比,这限制了机器人手的运动范围,但研究人员发现依靠手的机械设计仍然可以实现令人惊讶的宽范围运动。

使用这种“被动”运动 - 手指不能独立移动 - 机器人能够模仿不同风格的钢琴演奏,而不会改变手的材料或机械特性。“科学机器人”杂志报道的结果可以帮助设计能够以最少的能量使用进行更自然运动的机器人。

动物和机器中的复杂运动源于大脑,环境和机械体之间的相互作用。系统的机械特性和设计对于智能功能非常重要,并且可以帮助动物和机器以复杂的方式移动而不会消耗不必要的能量。

“我们可以利用被动来实现机器人的广泛运动:例如,步行,游泳或飞行,”该论文的第一作者剑桥工程系的Josie Hughes说。“智能机械设计使我们能够以最小的控制成本实现最大范围的运动:我们希望看到机械师能够获得多少运动。”

在过去几年中,由于3D打印技术的进步,软组件已经开始集成到机器人设计中,这使得研究人员能够增加这些被动系统的复杂性。

人手非常复杂,在机器人中重现其所有的灵活性和适应性是一项巨大的研究挑战。今天的大多数高级机器人都无法完成小孩子可以轻松完成的操作任务。

“这个项目的基本动机是了解具体的情报,即我们机械体的情报,”领导这项研究的Fumiya Iida博士说。“我们的身体由智能机械设计组成,如骨骼,韧带和皮肤,即使没有主动的大脑控制,也能帮助我们智能地行动。通过使用最先进的3D打印技术打印人类柔软的手,我们现在能够探索物理设计的重要性,与主动控制隔离,这对于人类钢琴演奏者来说是不可能的,因为大脑不能像我们的机器人一样“关闭”。

“钢琴演奏是对这些被动系统的理想测试,因为它是一项复杂而细致的挑战,需要大量的行为来实现不同的演奏风格,”休斯说。

通过考虑机械,材料特性,环境和手腕驱动如何影响手的动态模型,机器人被'教'玩。通过致动手腕,可以选择手与钢琴相互作用的方式,从而允许手的具体智能确定它与环境的相互作用。

研究人员编写了机器人编程,通过手腕的运动实现了一些短片音符。“这只是当时的基础知识,但即使采用这种单一动作,我们仍然可以获得相当复杂和细致入微的行为,”休斯说。

尽管机器人手的局限性,研究人员表示他们的方法将推动进一步研究骨骼动力学的基本原理,以实现复杂的运动任务,以及学习被动运动系统的局限性。

“这种机械设计方法可以改变我们构建机器人的方式,”Iida说。“制造方法使我们能够以高度可扩展的方式设计机械智能结构。”

“我们可以扩展这项研究,以研究如何实现更复杂的操作任务:开发可以执行医疗程序或处理易碎物体的机器人,”休斯说。“这种方法还减少了控制手所需的机器学习量;通过开发内置智能的机械系统,它使机器人更容易学习控制。”

该研究由工程和物理科学研究委员会资助。

新型机械手在设计上充分仿真了人手的结构,每根手指上有3—4个关节,并模拟了不同部位所需的软硬程度。特别值得一提的是,每只手指上并不需要单独的电机进行控制,而是通过与琴键接触时机器手不同部位的软硬变化的“被动”反应,来模拟人手弹钢琴的过程,实现多种不同的弹奏动作和功能。

关于设计新型拟人仿生手对他们的重要性,许是这样说的:“设计拟人仿生手的常规方法是利用铰链,联动装置和平衡环等零件来实现生物部件的机械化,来简化看似复杂的人体参照物。这个方法有助于理解和大体上模拟人手的运动,但是也不可避免地造成了人手和机器人手之间的差异,因为在这个机械化的过程中,人手大部分突出的生物力学特性被舍弃了。在人手和机器人手之间本质上的不匹配妨碍了我们用自己的手部运动来控制它们。所以,目前还没有仿生拟人手达到人手的灵敏度。

在线赌场网址大全 2资料图:机器人手。

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科技日报北京12月25日电 弹奏钢琴的未必是优雅的钢琴师,也可能是冰冷的机械手。日前,英国剑桥大学研究团队通过3D打印技术仿真人体手部结构,制造出“钢琴手”,只需控制手腕移动,就能弹奏简单的钢琴曲。相关研究成果发表在《科学机器人》杂志上。

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研究人员表示,人体的骨骼、韧带和皮肤等有助于人类实现很多灵巧活动,通过先进的3D打印技术制造出与人手很像的机器人手,有助于研究这种生理结构的重要性。这还将有助于对骨骼动力学更深的研究,实现更复杂的任务。

科学家开发了一种3D打印的机器人手,只需移动手腕即可在钢琴上播放简单的音乐短语。虽然机器人不是艺术家,但它展示了复制人手的所有能力是多么具有挑战性,以及通过设计仍然可以实现多少复杂的运动。

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鉴于真正的人的手所固有的复杂性,仿生拟人手的必然会存在很多的折中方案,让它们在很好地工作的同时还能保持人手外形。许哲和来自西雅图华盛顿大学的Emanuel Todorov为了实现让机器人手完全代替人手的终极目标,已经设计了迄今为止最精密和动作最准确的仿生拟人机器人手。

虽然这个机械人并不是一个大师级的机器人,但剑桥团队表示,它展示了复制全部人手能力的挑战性,以及通过设计仍能实现些许复杂的运动。

研究人员将钢琴演奏分解成三类动作:单指敲击,跳跃和拇指滑动,并且使用了三段音乐来衡量机器手的能力。第一首是意大利作曲家斯卡拉蒂创作的托卡塔曲。研究人员发现,必须提高机械手食指的强度、降低其他手指的强度,才能弹奏钢琴的断音和柔软的连音,以接近人类的弹奏方式。之后研究人员使用了其他风格的曲子,来测试机器手演奏八度音阶的能力。他们发现,需要提高手指韧带的弹性并保持手指本身的强度才能弹奏出大跳和清晰的音符。实验发现,与许多现有机器手相比,新型机器手在音量控制、拇指移动、弹奏断音和连音方面都表现出了极佳的灵活性。

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研究人员指出,人们可以利用这种“被动”运动让机械人完成很多动作,如散步、游泳或飞行。

弹钢琴很适合展示人手的奇妙,许多微妙的动作早已内化于钢琴家的大脑,而人手所制造的个性细节才是大师钢琴曲吸引人的地方。一双媲美艺术家的机械手,不仅带来音乐享受,更重要的是可能完成一些以前被认为必须交给工匠的精细活计。可以预见,高级机械手将给制造业带来极大改变。

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尽管这种机械人手的活动范围与人手相比还有限,不过依靠其机械设计,仍然能较大幅度地活动。

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