從通用汽車公司生產(chǎn)車間里的固定式焊接機器人，到《星球大戰(zhàn)》中的R2D2，幾乎所有機器人都采用了步進馬達。但是，如果Dennis Hong教授的整體移動機器人計劃能夠成功，這一切都將改變，因為他所開發(fā)的WSL機器人將不再需要馬達和齒輪等任何傳統(tǒng)設備。 美國國家科學基金會（NSF）最近將40萬美元的青年教授杰出科研基金獎頒給了弗吉尼亞理工大學教授Hong，讓他繼續(xù)推進這個WSL研究計劃。NSF的這個獎項專門頒給那些它認為富有創(chuàng)新能力并有望在將來成長為學術帶頭人的年輕教授。 Hong說：“WSL機器人會利用全部表面來進行移動，所以稱為’整體移動’。如果我的計劃能成功，那么整體移動將成為搜救機器人的最佳選擇，因為它可以滲透到倒塌的房屋里面去?！? 但是，WSL計劃要取得成功將困難重重。首先，外部皮膚的翻轉需要能夠伸展并收縮成環(huán)形的傳統(tǒng)機械制動器。這樣的技術也不是沒有，但也仍處于試驗狀態(tài)，這進一步加大了WSL研究的難度。 Hong說：“我們不會考慮馬達、齒輪和滑輪等傳統(tǒng)機械組件，而且暫時也不會使用電活性聚合物。電活性聚合物本身就是一個仍處于研究狀態(tài)的領域，需要完成更多的改進才能應用于實踐?！? 第二個大問題是如何將非傳統(tǒng)制動器的收縮和伸展應用到機器人外表面的循環(huán)翻轉運動中。而且，封裝也是一個大問題?，F(xiàn)有的機器人都在外表裝配了傳感器，這給它們帶來了視覺和聽覺功能，從而能夠避開障礙物并確定正確的移動方向。而如果機器人的外表被卷成了環(huán)形，就沒有可以固定傳感器的位置。 Hong說：“WSL是一種將制動環(huán)的伸展和收縮運動轉換為外翻運動的新技術。但難題不僅僅在于它的制作，由于機器人整個表面都在移動，裝配傳感器和動力系統(tǒng)也是大問題。” 當前的機器人幾乎都有輪子、軌道或者足。當搜救機器人必須穿越復雜的地形時，這些裝置都各有長處和缺點。比如，要找到被困在倒塌的建筑物里的人，機器人必須能夠從障礙物的上面、下面或中間駛過，而且還要在狹窄的角落里移動。相似的，機器人內(nèi)窺鏡則必須能夠隨意彎曲，還能擠過不規(guī)則的狹窄空間。 Hong說：“隨著機器人智能技術的改進，以及移動式機器人被用于越來越多的新領域，尋找一種新的移動方式，使機器人能夠在復雜而無規(guī)則的地形中移動變得至關重要?，F(xiàn)有的移動方法可以滿足一部分要求，但很難實現(xiàn)所有這些功能?！? 變形蟲的原理 Hong一直想利用變形蟲等單細胞組織生物的移動原理，這種生物可以通過鞭毛、纖毛或偽足等進行移動。但是，只有偽足才適合地面型機器人－它在細胞表面某部分突起，從物體上面、旁邊或中間滲透過去。所以，Hong就如何將偽足原理應用到機器人移動作了初步研究，得出了所謂的整體移動的設計方案。 Hong透露，“為了弄清楚變形蟲的運動方式，我們研究了其移動方法的生物學原理，將它的胞質(zhì)流動原理運用到機器人的移動中，形成了整體移動的概念。”為了以現(xiàn)有的材料實現(xiàn)這一設計，Hong制作了一個以外置石英帶來驅動環(huán)形薄膜的原型。這個移動的薄膜模仿了變形蟲通過內(nèi)外翻轉來前行的原理。 有了NSF的獎金，Hong表示他將在今后五年里制作一系列的原型，不僅要展示如何用一個固體管內(nèi)核來驅動環(huán)形薄膜，還要解決WSL機器人的結構和封裝問題。 第一個原型會于明年年初問世，將在固定內(nèi)核內(nèi)部采用電動馬達，來驅動不斷翻轉的環(huán)形薄膜。同時，Hong的研究小組還將繼續(xù)研究EAP和類似的材料，將之制作成制動環(huán)并通過伸展和收縮來向前移動，以用之來取代電動馬達。他們將會在制動環(huán)的首尾兩端放置EAP，來推動外表的薄膜，進而驅動機器人前進。 2008年，Hong的研究小組將制作出第一個采用EAP制動器的原型。之后，他們將試圖解決機器人封裝的問題，以便即使在其外部皮膚運動過程中傳感器也能保持固定。 在過去的5年，Hong曾試圖建立一個科學機構，幫助別人利用非傳統(tǒng)移動方法、傳感器和制動器來制作自己的機器人原型。 Hong表示：“由于我們的資金是來自國家科學基金會的，所以我們的最終目標并不是要制作一個能夠大規(guī)模生產(chǎn)的原型，而是力圖突破科學和技術的界線，從而明白這樣一種新型的移動方法能有什么樣的作用?！? 未來研究 但是，Hong并沒有把所有精力都放在了WSL上。他還獲得了多項資助，目前正在弗吉尼亞理工大學的機器人和機械裝置實驗室進行多項有關其它非傳統(tǒng)移動方式的研究。 Hong說：“我們正在實驗室研究多種新型的移動方法。除了這項由NSF贊助的WSL研究計劃，我們還在研究輪－足混合式機器人、三足機器人和人形機器人。”Hong在研究的另外三種新型機器人包括帶活動輪輻系統(tǒng)的智能移動機器人，智能動態(tài)人形機器人和自激勵三足動態(tài)實驗機器人。 Hong是弗吉尼亞理工大學智能足球機器人的顧問，該大學的足球機器人每年都參加RoboCup，這是一項國際性的自動機器人足球賽事。他還是弗吉尼亞理工大學VictorTango機器車隊的顧問之一，該隊即將參加國防高級研究計劃署舉辦的機器車挑戰(zhàn)大賽。 Hong是NASA Summer Faculty Fellowship獎和美國機械工程師協(xié)會/通用汽車的青年學者獎的得主，還贏得了ASME機械和機器人會議最佳論文獎。