在制造機器人的過程中，靈活、適當?shù)亟M合各種性能是一項具有挑戰(zhàn)的任務，因為這些性能有時是相互矛盾的。比方說，制造一個既靈活又強壯的機器人并非易事，但也不是不可能。

最近一項研究中，東京工業(yè)大學的研究人員制造出了這樣一種機器人，它具有高度靈活性，同時仍保持其「肌肉」內(nèi)的高度張力，使其軀體能進行充分的扭轉(zhuǎn)，從而完成困難的任務。研究結(jié)果發(fā)表在 1 月 13 日的《IEEE 機器人和自動化通訊》。 

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/document/10016717

在實驗中，研究人員展示了該機器人能夠從瓶子上取下蓋子，過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)運動是同類機器人的 2.5 倍。此外，該機器人還能上螺絲。

擰下瓶蓋。

上螺絲。

六桿張拉整體機器人概覽

張拉整體機器人（Tensegrity robots）由剛性框架和軟電纜組成的網(wǎng)絡構(gòu)成，這使它們能夠通過調(diào)整內(nèi)部張力來改變形狀。 

論文作者之一、東京工業(yè)大學碩士研究生 Ryota Kobayashi 說道，「張拉整體結(jié)構(gòu)因其獨特的特性而引人入勝 —— 輕巧、靈活和耐用。這些機器人可以在具有挑戰(zhàn)性的未知環(huán)境中工作，例如洞穴或太空，能完成復雜的動作，并且工作得更有效率。」

張拉整體機器人可以有一個具有不同數(shù)量剛性結(jié)構(gòu)（或桿）的基本結(jié)構(gòu)，其中桿的數(shù)量從 2 個到 12 個不等，有時甚至更多。但通常而言，桿多的機器人通常更復雜，也更難設計。

在該研究中，Kobayashi 的團隊創(chuàng)造了一個張拉整體機器人，它依賴六桿張拉整體模塊（如下圖所示）。為了確保機器人獲得強大的扭轉(zhuǎn)力，他們使用了一個虛擬的三角形圖案，機器人的人造肌肉被放置在其中，使它們連接三角形的頂點。當肌肉收縮時，三角形的頂點會靠得更近。

下圖為不同角度的實際扭轉(zhuǎn)運動。

依靠這一技術(shù)，該機器人僅用 20% 的人造肌肉收縮，就在兩個方向上實現(xiàn)了 50 度的大扭轉(zhuǎn)運動。Kobayashi 感嘆道，這個系統(tǒng)的效率令他們團隊感到驚訝，人造肌肉的小收縮會促成大收縮和扭轉(zhuǎn)變形。

東京工業(yè)大學助理教授 Hiroyuki Nabae 也參與了這項研究，他表示，由于結(jié)構(gòu)的原因，大多數(shù)六桿張拉整體機器人只能輕微扭動，導致運動有限。但值得注意的是，該研究中的六桿機器人產(chǎn)生了大幅扭轉(zhuǎn)運動，運動幅度是研究人員在文獻中所能找到的任何其他六桿張拉整體機器人的 2.5 倍。

此外，為了鍛煉機器人抓拿物體的能力，研究人員在機器人身上安裝了橡膠指套，并測試了它完成任務的能力。正如上文動圖所示，機器人手臂被下放到一個可口可樂瓶上，握緊瓶蓋、扭轉(zhuǎn)和抬起手臂，并重復握緊和扭轉(zhuǎn)的動作，幾秒鐘內(nèi)瓶蓋就被打開了。

目前，研究人員正在考慮如何在這項技術(shù)的基礎上進一步擴展，例如增加機器人向不同方向彎曲的能力，并結(jié)合允許機器人識別環(huán)境中其它形狀的技術(shù)。這些將有助于機器人更好地適應新的環(huán)境，更出色地完成新任務。