用于检测的高曲率、大力 vine 机器人

机器人性能在工厂内外均取得了显著进步，然而在诸如喷气发动机内部或人类心脏等高度受限的未知环境中，当前机器人仍不够灵巧。在窥镜或内镜无法到达的情况下，拆卸或手术成本高昂。一种受植物生长启发的、有前景的检测装置是“vine 机器人”，其可通过从尖端延伸来穿越杂乱环境。然而，这些 vine 机器人目前在同时转向紧曲率并对环境施加可观力方面能力有限。在此，我们提出一种受植物启发的转向方法，通过非对称地延长 vine 机器人一侧来实现高曲率与大力施加。我们的关键进展是引入一种极各向异性的复合皱膜，其正交方向的弹性模量相差 400 倍。该膜用作 vine 机器人本体，取向使其轴向可拉伸超过 120%，而周向仅 3%。加上受控层阻塞，该膜实现了一种受植物启发的转向方法：机器人周向不可延伸，但两侧可拉伸以允许转弯。这种转向方法与本体压力互不抵触，使机器人能展现出比以往 vine 机器人架构更高的力与更紧的曲率。本工作推进了 vine 机器人——以及更广义的机器人——不仅进入高度受限环境、还能在进入后执行有用作业的能力。