An Amphibious Untethered Inchworm Soft Robot for Fast Crawling Locomotion
作者: Mohammadjavad Javadi, Charlie Wadds, Robin Chhabra
分类: cs.RO
发布日期: 2025-10-04
💡 一句话要点
提出一种新型无束缚磁驱动尺蠖软体机器人，实现快速爬行运动
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 软体机器人 无束缚 磁驱动 尺蠖 多模式运动
📋 核心要点
- 现有软体机器人受限于外部连接，限制了其在复杂环境中的应用，需要开发完全自主的无束缚软体机器人。
- 该论文设计了一种磁驱动的尺蠖型软体机器人，通过优化结构和集成控制系统，实现多模式运动和环境感知。
- 实验结果表明，该机器人能够实现快速爬行和游泳，并具备有效载荷运输能力，无需外部基础设施支持。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种完全无束缚的软体机器人，其灵感来源于软体尺蠖，具有弯曲的柔性结构，并通过磁力驱动。该机器人总质量为102.63克，展示了多模式运动能力，最大行走速度达到3.74厘米/秒，游泳速度达到0.82厘米/秒。紧凑轻巧的板载控制电路实现了无线指令传输，集成的摄像头提供了环境感知能力。通过结构优化和系统级集成，该机器人成功地执行了行走、转向、游泳和有效载荷运输，而无需依赖外部基础设施。通过实验验证，系统地验证了机器人的动态性能和运动能力。
🔬 方法详解
问题定义：现有软体机器人通常需要外部电源或控制线路连接，这限制了它们在复杂和多任务环境中的部署。因此，需要开发一种完全自主、无束缚的软体机器人，使其能够在各种环境中自由移动和执行任务。现有方法的痛点在于无法同时实现自主性、多模式运动和环境感知。
核心思路：该论文的核心思路是模仿尺蠖的运动方式，设计一种弯曲的柔性结构，并通过磁力驱动来实现机器人的运动。通过集成紧凑的控制电路和摄像头，实现无线指令传输和环境感知，从而使机器人能够自主地在不同环境中移动和执行任务。这种设计无需外部基础设施支持，提高了机器人的灵活性和适应性。
技术框架：该软体机器人的整体架构包括以下几个主要模块： 1. 柔性本体：采用弯曲的柔性结构，模仿尺蠖的身体形态。 2. 磁驱动系统：通过外部磁场控制机器人本体的运动。 3. 板载控制电路：实现无线指令接收和运动控制。 4. 摄像头：用于环境感知和导航。 5. 电源：为控制电路和摄像头供电。
关键创新：该论文最重要的技术创新点在于将磁驱动、柔性结构、板载控制和环境感知集成到一个完全无束缚的软体机器人中。与现有方法相比，该机器人无需外部连接，具有更高的自主性和灵活性。此外，通过优化结构设计，实现了快速的爬行和游泳运动。
关键设计： 1. 结构优化：对机器人的弯曲角度和柔性材料进行了优化，以提高运动效率和稳定性。 2. 磁场控制：设计了特定的磁场控制策略，以实现精确的运动控制。 3. 控制电路：采用了紧凑轻巧的板载控制电路，以减少机器人的整体重量和体积。 4. 摄像头集成：集成了小型摄像头，用于环境感知和导航。
📊 实验亮点
该软体机器人实现了3.74厘米/秒的最大行走速度和0.82厘米/秒的游泳速度，证明了其快速运动能力。此外，该机器人还成功地进行了有效载荷运输，展示了其在实际应用中的潜力。与需要外部连接的传统软体机器人相比，该机器人具有更高的自主性和灵活性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于多种领域，如狭小空间内的搜索救援、管道检测、医疗诊断和环境监测等。无束缚的特性使其能够在复杂和危险的环境中执行任务，具有重要的实际应用价值。未来，可以通过进一步优化控制算法和集成更多传感器，提高机器人的智能化水平和任务执行能力。
📄 摘要（原文）
Untethered soft robots are essential for advancing the real-world deployment of soft robotic systems in diverse and multitasking environments. Inspired by soft-bodied inchworm, we present a fully untethered soft robot with a curved, flexible structure actuated by magnetic forces. The robot has a total mass of 102.63 g and demonstrates multimodal locomotion, achieving a maximum walking speed of 3.74 cm/s and a swimming speed of 0.82 cm/s. A compact and lightweight onboard control circuit enables wireless command transmission, while an integrated camera provides environmental perception. Through structural optimization and system-level integration, the robot successfully performs walking, steering, swimming, and payload transport without reliance on external infrastructure. The robot's dynamic performance and locomotion capabilities are systematically validated through experimental characterization.