哈工大成功研制新型厘米級壓電機器人

來源：高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院劉英想教授團(tuán)隊在厘米級機器人研究方面取得新進(jìn)展，成功研制出一種具有可重構(gòu)能力的新型厘米級壓電機器人。相關(guān)研究以《基于內(nèi)置陶瓷驅(qū)動的厘米級可重構(gòu)壓電機器人》（Centimeter-scale Reconfiguration Piezo Robots with Built-in-Ceramic Actuation Unit）為題發(fā)表在中國工程院院刊《工程》（Engineering）上。這一研究成果為厘米級機器人實現(xiàn)小型化、大負(fù)載、快速運動和模塊化可重構(gòu)的兼?zhèn)涮峁┝艘环N有效的解決思路。

可重構(gòu)機器人具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和功能拓展能力，在復(fù)雜環(huán)境的信息探索和任務(wù)執(zhí)行等方面展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景，是機器人領(lǐng)域的熱門研究方向。其中，模塊尺寸和可重構(gòu)策略是影響機器人運動特性和功能實現(xiàn)的兩個關(guān)鍵因素。采用傳統(tǒng)電磁驅(qū)動方式的機器人容易實現(xiàn)快速運動，但受限于傳動機構(gòu)，單個重構(gòu)模塊的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，不利于進(jìn)一步小型化。壓電驅(qū)動具有響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、功率密度大、電磁兼容性好等優(yōu)點，非常契合厘米級機器人的發(fā)展需求。然而，將壓電驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于可重構(gòu)機器人領(lǐng)域仍然存在較大挑戰(zhàn)。一方面，目前壓電機器人模塊單機的集成度較低，其驅(qū)動、控制、通信和供電單元通常是分離甚至部分缺失；另一方面，模塊之間缺乏有效的可重構(gòu)策略和構(gòu)型特性預(yù)估方法，較難實現(xiàn)豐富且系列化的壓電機器人構(gòu)型群。因此，研制出集成控制、通信和供電單元的小型壓電機器人模塊單機，探究針對小型化模塊間的可重構(gòu)策略和構(gòu)型特性預(yù)估方法，對厘米級可重構(gòu)壓電機器人的發(fā)展具有重要意義。

針對上述挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊從螳螂“沖擊-跳躍”運動模式中受到啟發(fā)，提出了一種基于內(nèi)置壓電陶瓷驅(qū)動的厘米級四足壓電機器人，其體積44×10×12.5立方毫米（mm3），僅重6.5克（g）。通過分析陶瓷數(shù)量、安裝角度和位置對壓電彈性體振動模態(tài)的影響規(guī)律，確定了斜向45°正交分布的壓電陶瓷布置方法，使機器人僅由一路激勵信號即可生成雙向斜線致動軌跡，進(jìn)而實現(xiàn)前進(jìn)和后退運動。機器人實現(xiàn)了高達(dá)90.3倍體長每秒（超過900毫米每秒）的快速運動，承載能力高達(dá)自重的31.6倍（超過200克）。在此基礎(chǔ)上，通過集成控制、通信、供電單元與磁吸觸點，在厘米級受限體積下實現(xiàn)了模塊單機的高集成度封裝（50×15×27立方毫米，21.22克）。單個模塊具有16個周向布置的磁吸觸點和無線束受控運動能力。團(tuán)隊通過包括“自連接”和“塊連接”在內(nèi)的多點位連接方法，實現(xiàn)了9個系列、超過25種不同的機器人構(gòu)型。研究進(jìn)一步提出了以模塊數(shù)量和連接權(quán)重為核心的構(gòu)型特性預(yù)估方法，實現(xiàn)了任意機器人構(gòu)型的特性趨勢預(yù)測，助推構(gòu)型優(yōu)選過程。試驗結(jié)果表明：所研發(fā)的機器人通過組合重構(gòu)改變構(gòu)型拓?fù)洌軌蚩朔喾N復(fù)雜地形并實現(xiàn)功能化拓展應(yīng)用，在包括穿越寬槽、跨越窄縫、穿越迷宮、穿越具有高度差的地形、通過狹窄彎道以及無線圖像采集等實驗中，展現(xiàn)了良好的環(huán)境適應(yīng)特性和模塊化擴展能力，為復(fù)雜環(huán)境中的多樣化任務(wù)執(zhí)行奠定了良好基礎(chǔ)。

哈工大為論文唯一完成單位與通訊單位。機電工程學(xué)院博士研究生高宇、副研究員李京和張仕靜為論文共同第一作者，劉英想教授和鄧杰教授為論文共同通訊作者，陳維山教授為論文共同作者。

該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、黑龍江省博士后科學(xué)基金以及國家資助博士后研究人員計劃項目資助。（來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)）

全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟

全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟（簡稱:高校聯(lián)盟）是由清華大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)、東北大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)、重慶郵電大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、曲阜師范大學(xué)、黑龍江大學(xué)、海豚大數(shù)據(jù)科技等全國54家高校、企業(yè)共同發(fā)起，于2018年5月26日在北京中國科技會堂正式成立。迄今為止，聯(lián)盟發(fā)展會員300多家, 覆蓋全國20多個省市。聯(lián)盟由一批積極投身于“人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈”教育事業(yè)的高校、科研機構(gòu)、企事業(yè)單位和個人自愿組成的公益性、全國性學(xué)術(shù)交流服務(wù)平臺。中國工程院原常務(wù)副院長、中國工程院院士潘云鶴、中國科學(xué)院院士陳國良、中國工程院院士李伯虎擔(dān)任聯(lián)盟名譽理事長，中國工程院院士譚建榮擔(dān)任聯(lián)盟理事長。聯(lián)盟工作接受工信部、國家網(wǎng)信辦等政府部門行政管理和業(yè)務(wù)指導(dǎo)。聯(lián)盟主要工作是推進(jìn)產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人。(加盟微信13651193492)

華算人工智能研究院

華算人工智能研究院全稱是“山西省華算人工智能研究院有限公司”，是經(jīng)山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)管理委員會批準(zhǔn)，于2023年10月在太原成立的第一批專業(yè)研究人工智能、賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的獨立法人組織。華算人工智能研究院依托全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟專家委員會及理事會資源，按照山西省委省政府、山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)管理委員會發(fā)展人工智能、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的系列文件精神和工作計劃，將研究院打造成為山西省發(fā)展人工智能、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的示范應(yīng)用推廣平臺，同時面向全國開展人工智能業(yè)務(wù)。華算人工智能研究院名譽院長由中國工程院院士李伯虎擔(dān)任。研究院內(nèi)設(shè)AI產(chǎn)業(yè)學(xué)院共建中心、實訓(xùn)實習(xí)就業(yè)中心、實驗室建設(shè)中心、專家智庫等6個職能部門。歡迎加入華算人工智能研究院專家智庫，共同賦能高校AI人才培養(yǎng)及產(chǎn)教融合事業(yè)發(fā)展。

高校區(qū)塊鏈專委會

全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟區(qū)塊鏈專委會（簡稱:高校區(qū)塊鏈專委會），是由北京大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢大學(xué)、西南財經(jīng)大學(xué)、北京交通大學(xué)、鄭州大學(xué)、貴州大學(xué)、桂林電子科技大學(xué)、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、陜西師范大學(xué)、中國網(wǎng)安、海豚大數(shù)據(jù)科技等全國40多家高校、企業(yè)和機構(gòu)共同發(fā)起，于2019年12月7日在廣東省佛山市正式成立。目前發(fā)展高校及企業(yè)會員70多家。中國工程院院士、浙江大學(xué)教授陳純擔(dān)任高校區(qū)塊鏈專委會名譽顧問；福州大學(xué)教授蔡維德、中國計算機學(xué)會區(qū)塊鏈專委會主任斯雪明教授、中國人民銀行數(shù)字貨幣研究所副所長狄剛擔(dān)任高校區(qū)塊鏈專委會名譽主任；北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院區(qū)塊鏈中心主任陳鐘教授擔(dān)任高校區(qū)塊鏈專委會主任。高校區(qū)塊鏈專委會主要工作是促進(jìn)高校區(qū)塊鏈教育，為高校區(qū)塊鏈專業(yè)建設(shè)及學(xué)科發(fā)展提供專家咨詢服務(wù)。

高校元宇宙專委會

全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟元宇宙專業(yè)委員會（簡稱:高校元宇宙專委會），是由清華大學(xué)、湖南大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)、汕頭大學(xué)、河北金融學(xué)院、保定市元宇宙協(xié)會、英偉達(dá)中國、海爾衣聯(lián)網(wǎng)研究院、海豚大數(shù)據(jù)科技(天津)有限公司等全國20多所高校、企業(yè)和機構(gòu)共同發(fā)起，于2022年11月5日在北京正式成立。中國工程院院士、計算機軟件與虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域?qū)＜亿w沁平擔(dān)任高校元宇宙專委會名譽顧問；中國工程院院士、北京航空航天大學(xué)電氣與自動化學(xué)院名譽院長、中國航天科工集團(tuán)有限公司科技委高級顧問李伯虎擔(dān)任高校元宇宙專委會名譽主任；清華大學(xué)信息國研中心可信軟件和大數(shù)據(jù)部常務(wù)副主任邢春曉擔(dān)任高校元宇宙專委會主任委員。目前已發(fā)展高校及企業(yè)會員30多家。高校元宇宙專委會主要工作是促進(jìn)高校元宇宙教育、加強校企合作、推動元宇宙專業(yè)建設(shè)及學(xué)科發(fā)展，為元宇宙教育教學(xué)提供專家咨詢服務(wù)。

高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專委會

全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)字經(jīng)濟(jì)專業(yè)委員會（簡稱:高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專委會），是由華算人工智能研究院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國人民大學(xué)、中國社會科學(xué)院信息化研究中心、四川大學(xué)、北京外國語大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京語言大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京聯(lián)合大學(xué)、北京物資學(xué)院、北京印刷學(xué)院、西藏民族大學(xué)、河北金融學(xué)院、重慶財經(jīng)學(xué)院、蘇州城市學(xué)院、北京中關(guān)村軟件園、百度、海豚大數(shù)據(jù)科技等全國60多家高校、企業(yè)和機構(gòu)共同發(fā)起，于2024年1月12日在北京正式成立。清華大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院教授姜旭平、北京大學(xué)信息管理系教授賴茂生、中國社會科學(xué)院信息化研究中心主任姜奇平、中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授呂本富擔(dān)任高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專委會主任委員。高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專委會主要工作是促進(jìn)高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專業(yè)建設(shè)及學(xué)科發(fā)展，推動產(chǎn)學(xué)研合作，為高校數(shù)字經(jīng)濟(jì)專業(yè)教育教學(xué)提供專家咨詢服務(wù)。

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