【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】10月3日，機(jī)械學(xué)院黃永安教授、張帆副研究員聯(lián)合澳門大學(xué)助理教授鐘俊文、武漢理工大學(xué)李軍鋒副教授在“Nature Communications”發(fā)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(qū)動與自學(xué)習(xí)的多模態(tài)柔性電子機(jī)器人)”的研究論文。該論文提出了一種模塊化柔性電子機(jī)器人開發(fā)框架，通過緊密集成的傳感、驅(qū)動與決策架構(gòu)，最終賦予機(jī)器人更高級的環(huán)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(yùn)動性與具身智能是小型軟體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主功能的核心基礎(chǔ)，對于需在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中完成自適應(yīng)交互的應(yīng)用場景尤為關(guān)鍵。目前，軟體機(jī)器人已發(fā)展出包括爬行、跳躍與滾動在內(nèi)的多種運(yùn)動模式，在操作安全性與環(huán)境兼容性之間取得了良好平衡。然而，在面對自主搜救、動態(tài)地形導(dǎo)航等復(fù)雜任務(wù)時(shí)，現(xiàn)有系統(tǒng)仍存在明顯局限。昆蟲等生物通過感知與運(yùn)動系統(tǒng)的高度融合展現(xiàn)出卓越的環(huán)境適應(yīng)性，但大多數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)仍受限于預(yù)設(shè)的運(yùn)動模式，且動態(tài)環(huán)境下的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力仍是當(dāng)前亟待突破的瓶頸。
針對上述挑戰(zhàn)，該研究提出了一種新型柔性電子機(jī)器人(FEbots)，其創(chuàng)新性地融合了模塊化架構(gòu)與振蕩驅(qū)動機(jī)制。與傳統(tǒng)機(jī)器人需獨(dú)立控制腿部運(yùn)動軌跡不同，F(xiàn)Ebots采用分布式剛毛陣列，在簡化驅(qū)動系統(tǒng)的同時(shí)，仍保持優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)能力。通過調(diào)節(jié)剛毛密度與電路布局等模塊化重構(gòu)手段，機(jī)器人能夠在不同構(gòu)型間靈活切換，以適應(yīng)多樣化的任務(wù)需求。此外，結(jié)合柔性電子技術(shù)賦予機(jī)器人多維度環(huán)境感知能力，實(shí)現(xiàn)視覺、接近覺、溫濕度等多種傳感器與端側(cè)處理單元協(xié)同工作。該創(chuàng)新設(shè)計(jì)為開發(fā)適用于動態(tài)環(huán)境的自主軟體機(jī)器人構(gòu)建了全新的技術(shù)框架。突破性地融合軟體機(jī)器人與柔性電子兩大領(lǐng)域，通過組裝柔性電子模塊與仿剛毛運(yùn)動模塊，研發(fā)出柔性電子機(jī)器人(FEbot)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柔性電子器件的運(yùn)動能力突破，同時(shí)賦予機(jī)器人更強(qiáng)的智能特性。機(jī)器人具備完全自由的活動柔性，且功能得到顯著增強(qiáng)。采用模塊化設(shè)計(jì)理念，通過樂高式組裝可定制典型柔性電子機(jī)器人構(gòu)型，使其具備卓越的環(huán)境適應(yīng)性(平滑/粗糙地面、樓梯、水下、垂直管道等)、多模態(tài)運(yùn)動能力(前進(jìn)/后退、旋轉(zhuǎn)、橫向移動)與多模態(tài)感知功能(視覺、溫濕度、接近覺及路徑形態(tài)識別)。基于低功耗超維計(jì)算方法，植入具身人工智能的柔性電子機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高度自主性(自主危險(xiǎn)規(guī)避、協(xié)同避障的溫場追蹤等)，從而能有效應(yīng)對動態(tài)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。
具身智能柔性電子機(jī)器人。a) FEbot示意圖；b) FEbot實(shí)物樣機(jī)；c) FEbots自主感知-認(rèn)知-驅(qū)動與物理世界交互；d) FEbots性能比較。
該研究獲國家自然科學(xué)基金和中國原子能科學(xué)研究院，澳門特別行政區(qū)科技發(fā)展基金資助。
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