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全柔性无骨骼仿生象鼻黑科技:举重若轻,姿态万千

导读:象鼻是生物多样性领域进化的最好的作品之一。在相同尺度范围内,象鼻能够做到既灵活又结实,并为大象提供了在动物界不常见的灵巧程度。因此,它便成为学术界许多现代仿生项目的灵感来源,在全球研究院所的仿生研究中,星际小象的全柔性无骨骼仿生象鼻技术取... 象鼻是生物多样性领域进化的最好的作品之一。在相同尺度范围内,象鼻能够做到既灵活又结实,并为大象提供了在动物界不常见的灵巧程度。因此,它便成为学术界许多现代仿生项目的灵感来源,在全球研究院所的仿生研究中,星际小象的全柔性无骨骼仿生象鼻技术取得的成就最为瞩目。一、基于象鼻的科学研究据英国动物学家绍沙尼(Jeheskel Shoshani, 1943~2008)的准确描述通过解剖亚洲象遗体,观察到象鼻实则由16条长长的肌肉合围形成,其横截面共包含约15万条肌束(fascile)。这些构造就使得大象的长鼻不仅拥有超大重量的抓取力,还能兼顾令人叹为观止的灵活性。*调皮的小象将象鼻的灵活度展现的淋漓尽致*象鼻的横截面解剖示意图2018年,由星际小象CTO吴嘉宁领导的中山大学与美国亚特兰大动物园联合开展的一项课题,对大象用长鼻拾取细小物体的原理进行了深入探究,结果发现:在拾取细小物品时,象鼻前端会形成类似关节的结构,借以抓握细小物品乃至将碎屑或颗粒聚拢,从而将其拾起。*象鼻在实际抓取中的力度变化基于仿生象鼻研发的软体机器人具有良好的操控顺从性、高度的运动灵活性、优异的环境适应性,正逐步向医疗、教育、家庭、服务等与人类生活更加密切的全新领域拓展,在人类社会扮演着越来越重要的角色,为未来智能社会夯实基矗二、小象科技仿生象鼻的设计演变星际小象的技术渊源来自于美国NASA和哈佛实验室,软体机器人在航天领域广泛运用,随着近年来技术水平的提高,成本的降低,该前沿技术开始逐步普及到消费品层面。大象轻而易举的取食动作,为工程设计带来了宝贵的启发。百万年的进化赋予了种类繁复的动物附其高度的运动灵活性、能量最优化策略和环境适应性。因此,仿生理论和技术是星际小象仿生软体机器人设计灵感的源泉。*小象团队技术研究逻辑图*仿生象鼻的技术演进仿生软体机器人技术极大地借鉴了生物体移动并适应周围环境的方式。 与刚性臂体机器人相反,软体机器人可实现运动的高灵活性和高适应性,并具备高安全度的天然柔性操作介质。1、仿生数据积累阶段根据庞大的动物身体器官数据分析,逐步积累了深厚的仿生技术,特别是对于象鼻的研究,力控精度可以达到3%。2、仿生功能品形成阶段通过仿生数据模型与仿生基础功能专项制备,进阶发展出等效象鼻的多自由度特性,完成了仿生研究理论到设计出产品实物的跨越。3、场景普适与定制化输出阶段基于仿生多生物软体机器人的适应性与交互性,结合场景需求分析形成普适化与定制化两种形态的仿生机器人与自适应机构,柔软无骨骼对不同的操作对象均有极佳的保护性。4、消费品级别的仿生机器人一般来说,实验室中绝大多数的理论数据和技术研究都能得到很好的实现,但是消费品级别的仿生产品往往很难走近千家万户。而星际小象多年来的技术积累,终于在成本和普适性方面做到了平衡,且专门针对社区公寓场景设计研发出了社区服务产品系列小象智能社区服务机器人。三、全柔性无骨骼的世界级技术1:以手掌级微型化、轻量化、迅捷化、高自由度为设计基调;2:柔性臂体最大直径横截面相近手掌大小;3:前端局部自由度达手掌灵敏;4:适应性操作区域到手掌范围。核心技术1:软体臂体的材料采用改性2-氯高分子材料(小象科技独有技术),可以满足在每分钟折弯30次的工况下实现约3.5年的工作寿命需求。核心技术2:驱动方式选择与柔性材料最为匹配的气动方式。核心技术3:基于仿生原理的气动输入方法(正弦式进气),消除了输出端的高阶振动成分,运动精度为1 mm,力控制精度达臂体的3%,两项指标均达到世界领先水平,可适用于绝大多数 轻小细微 的抓取转运场合。所有软体机器人都需要一个自动系统来产生反作用力,以允许其与环境进行运动和交互。气动人造肌肉是软机器人中使用的一种控制方法,它基于仿生控制算法,将改性高分子材料充当肌肉,形成收缩和伸展,从而对附着的物体施加力,机器人可以使用这些肌肉保持给定的形状,而无需额外的能量输入。四、小象软体机器人的绝对优势1、具有成熟的解剖学研发基础,并且总结了基于动物的仿生学控制算法。实现了材料自主研发,迭代周期短、定制响应速度快。2、臂体与前端的操控空间广, 自由度高,与操作对象的交互柔性良好,主动保护效应好。3、转化为产品线相对较宽,B端工业应用与C端消费均可,并且基于臂体可形成整体解决方案,或是模块化独立销售。4、产品性价比高,整体产品的成本低。一个自由度的驱动单元相比传统机械臂的动力源成本在10%-30%左右,具有极强竞争力。星际小象根据掌握的世界领先的仿生软体技术,已经可以制造出既能有效抓取又不伤害抓取对象的软体机器人,为将来的医疗康复、抢险搜救、流水线加工等领域提供更高效、更智能、更迅捷的解决方案。现阶段,小象利用配备象鼻的AGV机器人,在社区场景下可以帮助实现公寓、酒店、社区等各种场景高效递送需求而生。它拥有聪明高效的调度系统和优质的运动性能,可适应各种复杂超大的场景,降低人工成本,优化配送效率,为用户带来极致的安全递送体验。*星际小象受到省市各级领导的参观访问随着技术研究的深入、市场的完善和消费者的适应,全柔性无骨骼仿生象鼻的黑科技机器人正在稳步推进,已经有着越来越多的高端公寓和小区领先一步,配备了小象来提升居民生活品质。


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