Tensegrity Continuum Robots Enable Task-Adaptive Morphologies for Cooperative Behaviors
作者: Mahmud Hasan Saikot, Sydney Spiegel, Sudheera Akalanka Kariyawasam, Andrew Stefka, Josh Chrisler, Jianguo Zhao
分类: cs.RO
发布日期: 2026-08-27
备注: 22 pages, 6 figures, Accepted to Nature Machine Intelligence
💡 一句话要点
提出一种基于张力结构的机器人以实现任务自适应形态
🎯 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: 模块化可重构机器人 张力结构 自适应形态 协作行为 多模态移动 机器人技术 柔性机器人
📋 核心要点
- 现有的模块化可重构机器人大多依赖刚性模块，缺乏结构柔性，限制了其适应性和功能性。
- 本文提出了一种结合张力结构和爪式连接机制的模块化可重构机器人，能够实现自我重构和任务适应。
- 实验结果表明，该机器人在多种任务和环境中表现出色，能够实现协调的物体操作和多模态移动。
📝 摘要（中文）
能够根据不同任务和环境改变形态和行为的机器人在适应性和多功能系统中具有巨大潜力。模块化可重构机器人（MRRs）通过对接和重新排列单个单元实现这些功能，但大多数依赖于刚性模块，缺乏结构柔性，导致能力有限。连续体机器人提供了柔性，但无法自我重构为任务自适应的多机器人配置。本文介绍了一种结合张力结构柔性体和爪式连接机制的MRR。每个机器人可以独立操作和移动，多个机器人可以自我重构为不同形态（如链、环、分支），以实现协作操作和移动。我们展示了机器人在协调物体操作、运输、多模态移动和真实场景中的运动操作能力。这些结果为适应性和多功能的机器人集体奠定了基础，具有广泛的应用潜力，如制造、太空探索和搜索救援等。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有模块化可重构机器人在结构柔性和自我重构能力上的不足。现有方法通常依赖刚性模块，导致适应性差。
核心思路：论文提出了一种新型的MRR，结合了张力结构的柔性和爪式连接机制，使机器人能够在不同任务中自我重构为适应性形态。
技术框架：整体架构包括张力结构的柔性主体和爪式连接模块，机器人可以独立操作并通过自我重构形成链、环或分支等多种形态。
关键创新：最重要的创新在于将张力结构与模块化设计相结合，使机器人能够在不同任务中灵活适应，而不是依赖固定形态。
关键设计：设计中采用了高强度轻质材料以增强结构的柔性，连接机制则采用爪式设计以确保模块间的稳定连接和快速重构。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，该机器人在协调物体操作和多模态移动方面表现优异，能够在真实场景中有效完成任务。与传统刚性模块机器人相比，其适应性和功能性显著提升，展示了更高的灵活性和效率。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括制造业、太空探索和搜索救援等场景。通过实现机器人在不同任务中的自适应形态，能够提高操作效率和灵活性，满足多样化的需求。未来，这种技术有望推动机器人在复杂环境中的应用，提升其自主性和协作能力。
📄 摘要（原文）
Robots that can change their morphologies and behaviors for different tasks and environments hold great promise for adaptable, multifunctional systems. Modular reconfigurable robots (MRRs) can achieve such functionalities by docking and rearranging individual units, but most rely on rigid modules that lack structural compliance, resulting in limited capabilities. Continuum robots offer compliance through flexible backbones, yet they cannot self-reconfigure into task-adaptive multi-robot configurations. Here, we introduce an MRR that unifies the advantages of both architectures by combining a tensegrity-based compliant body with claw-based connection mechanisms. Each robot can manipulate and locomote independently, and multiple robots can self-reconfigure into different morphologies (e.g., chains, loops, branches) for cooperative manipulation and locomotion. We demonstrate the robots' capability across diverse tasks and environments, including coordinated object manipulation and transport, multimodal locomotion, and loco-manipulation in real-world scenarios. These results lay a foundation for adaptable and multifunctional robotic collectives, with broad potential applications in manufacturing, space exploration, and search-and-rescue operations.