【儀表網 研發快訊】10月3日，機械學院黃永安教授、張帆副研究員聯合澳門大學助理教授鐘俊文、武漢理工大學李軍鋒副教授在“Nature Communications”發表題為“AI-embodied multi-modal flexible electronic robots with programmable sensing, actuating and self-learning(具身智能可編程感知、驅動與自學習的多模態柔性電子機器人)”的研究論文。該論文提出了一種模塊化柔性電子機器人開發框架，通過緊密集成的傳感、驅動與決策架構，最終賦予機器人更高級的環境智能。李軍鋒為本文的第一作者，黃永安、張帆、鐘俊文為本文共同通訊作者。
高運動性與具身智能是小型軟體機器人實現自主功能的核心基礎，對于需在非結構化環境中完成自適應交互的應用場景尤為關鍵。目前，軟體機器人已發展出包括爬行、跳躍與滾動在內的多種運動模式，在操作安全性與環境兼容性之間取得了良好平衡。然而，在面對自主搜救、動態地形導航等復雜任務時，現有系統仍存在明顯局限。昆蟲等生物通過感知與運動系統的高度融合展現出卓越的環境適應性，但大多數機器人系統仍受限于預設的運動模式，且動態環境下的實時響應能力仍是當前亟待突破的瓶頸。
針對上述挑戰，該研究提出了一種新型柔性電子機器人(FEbots)，其創新性地融合了模塊化架構與振蕩驅動機制。與傳統機器人需獨立控制腿部運動軌跡不同，FEbots采用分布式剛毛陣列，在簡化驅動系統的同時，仍保持優異的環境適應能力。通過調節剛毛密度與電路布局等模塊化重構手段，機器人能夠在不同構型間靈活切換，以適應多樣化的任務需求。此外，結合柔性電子技術賦予機器人多維度環境感知能力，實現視覺、接近覺、溫濕度等多種傳感器與端側處理單元協同工作。該創新設計為開發適用于動態環境的自主軟體機器人構建了全新的技術框架。突破性地融合軟體機器人與柔性電子兩大領域，通過組裝柔性電子模塊與仿剛毛運動模塊，研發出柔性電子機器人(FEbot)。該技術實現了柔性電子器件的運動能力突破，同時賦予機器人更強的智能特性。機器人具備完全自由的活動柔性，且功能得到顯著增強。采用模塊化設計理念，通過樂高式組裝可定制典型柔性電子機器人構型，使其具備卓越的環境適應性(平滑/粗糙地面、樓梯、水下、垂直管道等)、多模態運動能力(前進/后退、旋轉、橫向移動)與多模態感知功能(視覺、溫濕度、接近覺及路徑形態識別)。基于低功耗超維計算方法，植入具身人工智能的柔性電子機器人實現了高度自主性(自主危險規避、協同避障的溫場追蹤等)，從而能有效應對動態非結構化環境。
具身智能柔性電子機器人。a) FEbot示意圖；b) FEbot實物樣機；c) FEbots自主感知-認知-驅動與物理世界交互；d) FEbots性能比較。
該研究獲國家自然科學基金和中國原子能科學研究院，澳門特別行政區科技發展基金資助。
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