Encoding mechanical intelligence using ultraprogrammable joints

变形 机器人 计算机科学 刚度 编码(内存) 四轴飞行器 测距 人工神经网络 灵活性(工程) 人工智能 跳跃 模拟 工程类 结构工程 物理 航空航天工程 电信 统计 数学 量子力学
作者
Rui Wu,Luca Girardi,Stefano Mintchev
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (17) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.adv2052
摘要

Animal bodies act as physical controllers, with their finely tuned passive mechanical responses physically “encoding” complex movements and environmental interactions. This capability allows animals to perform challenging tasks with minimal muscular or neural activities, a phenomenon known as embodied intelligence. However, realizing such robots remains challenging due to the lack of mechanically intelligent bodies with abundant tunable parameters—such as tunable stiffness—which is a critical factor akin to the programmable parameters of a neural network. We introduce an elastic rolling cam (ERC) with accurately inverse-designable rotational stiffness. The ERC can closely replicate 100,000 randomly generated stiffness profiles in simulation. Prototypes ranging from millimeters to centimeters were manufactured. To illustrate the mechanical intelligence encoded by programming the ERC’s stiffness response, we designed a bipedal robot with optimized ERC passive knees, achieving energy-efficient, open-loop stable walking across uneven terrain. We also demonstrated a quadcopter drone with ERC joints encoding an impact-activated, dual-state morphing.
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