人類征服太空，也留下了許許多多難以清理的“太空垃圾”。

那些廢棄的助推器，退休的衛(wèi)星、飛船殘骸，以及大大小小的碎片甚至航天器泄漏的液體，都在地球上空高速環(huán)繞，隨時(shí)可能給衛(wèi)星、空間站以及各種航天器帶來致命威脅。

人們一直在研究如何清理這些太空垃圾。歐洲科學(xué)家大膽采用“魚叉捕獲”的方式用“魚叉”和“漁網(wǎng)”來打撈太空垃圾。近日，天津大學(xué)現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)中心康榮杰副教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款新型連續(xù)體仿生機(jī)器人，仿佛章魚柔軟的觸角，既可柔軟伸縮，又能有力抓取物品。目前該成果已初步應(yīng)用于空間非合作目標(biāo)捕獲的研究，有望成為一名出色的太空“捕手”，處理失效衛(wèi)星和太空碎片。

研究成果以《基于幾何約束的記憶合金變剛度新型連續(xù)體機(jī)器人建模與分析》為題在機(jī)器人領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《機(jī)器人學(xué)研究》發(fā)表。

康榮杰告訴記者，傳統(tǒng)抓捕太空垃圾的方式基本上選用的都是剛性機(jī)械臂。這些裝置在衛(wèi)星或飛船外側(cè)的機(jī)械臂與高速移動(dòng)的空間碎片碰撞后，極易出現(xiàn)損傷?？禈s杰和團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們從動(dòng)物身上獲得靈感，比如大象鼻子和章魚觸角都是軟體，能靈巧地捕獲抓取移動(dòng)的物體，那么設(shè)計(jì)一種類似的柔性機(jī)械臂，可以緩沖與被捕捉物撞擊時(shí)的沖擊力。

科學(xué)家設(shè)計(jì)出的連續(xù)體機(jī)器人就是一種形如象鼻或章魚觸須等軟體生物的新型仿生機(jī)器人，它具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)柔順性和環(huán)境適應(yīng)性。因而無需配備復(fù)雜的傳感系統(tǒng)，就能夠在未知環(huán)境下執(zhí)行避障探索等動(dòng)作，突破了傳統(tǒng)機(jī)器人通常只在規(guī)定空間內(nèi)作業(yè)的局限性。

這個(gè)仿生機(jī)器人的本體由超彈性鎳鈦合金制作的中央骨架和3D打印技術(shù)制作的約束盤構(gòu)成。通過均勻分布在約束盤周圍的驅(qū)動(dòng)絲可控制其本體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生主動(dòng)彎曲或根據(jù)環(huán)境變化發(fā)生被動(dòng)變形。在視野盲區(qū)，可利用安裝在機(jī)器人末端的攝像頭和機(jī)械手繞過障礙物對(duì)目標(biāo)進(jìn)行抓取。

為了提高其柔性結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力，實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵?jì)”的效果，課題組還在機(jī)器人內(nèi)部設(shè)計(jì)了由記憶合金驅(qū)動(dòng)的剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。當(dāng)機(jī)器人達(dá)到預(yù)定的操作位置后，可將驅(qū)動(dòng)絲與約束盤相對(duì)鎖定，進(jìn)而*多可提高機(jī)器人3倍的剛度，使機(jī)器人從“柔”變“剛”。

“太空無重力的環(huán)境，便于軟體機(jī)器人開展活動(dòng)。”康榮杰說，軟體機(jī)械臂也以彎曲折疊，也使得覆蓋半徑大大增加，未來還可以逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的遠(yuǎn)程控制，甚至實(shí)現(xiàn)對(duì)太空垃圾的無人化清理。

此外，研究團(tuán)隊(duì)*提出了一種利用機(jī)器人內(nèi)部幾何約束關(guān)系求解高冗余柔性機(jī)構(gòu)大范圍變形的建模理論，實(shí)現(xiàn)了依靠位置輸出進(jìn)行精確“力-位置”耦合控制的創(chuàng)新，揭示了傳統(tǒng)模型難以描述的連續(xù)體多重彎曲機(jī)理。該建模理論可用于指導(dǎo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制算法編寫。

國際電氣電子工程師學(xué)會(huì)會(huì)士，國際重要機(jī)器人期刊Robotica主編，本論文共同作者天津大學(xué)戴建生教授表示，該成果未來還可應(yīng)用于災(zāi)難環(huán)境救援，航空發(fā)動(dòng)機(jī)探修等特殊場景。

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 胡春艷 通訊員 劉曉艷 來源：中國青年報(bào)

（來源：中國青年報(bào)）

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