NSF拟资助“连续型、柔性和可配置的软机器人工程”

    2017年7月17日，美国国家科学基金会(NSF )发布2018年研究与创新新兴前沿项目指南，将提供共计2600万美元的资助，以支持“染色质和表观遗传工程”和“连续型、柔性和可配置的软机器人工程”(C3 SoRo)这两大新兴前沿领域的研究，获资助项目最多可达13项。本文将重点介绍C3 SoRo的研发目标和内容。

    尽管传统的刚性机器人擅长处理在结构化环境中的重复任务，但其在多样性和适应性方面的表现远远低于生物有机体。为了创造出可以实现在动物界所观察到的具备显著功能的“软机器人”，需要对电力和信息系统进行重新设计，创建新材料并制定新的运动和操纵理论。C3 SoRo旨在创建软机器人的工程科学。

    这一新兴技术领域和随后的跨学科活动应由工程主导团队协调，需要来自计算机科学、生物学、材料科学、化学和数学等多领域研究人员的贡献。该项目旨在寻求高度创新的提案，涉及动力学和控制、材料和结构力学、材料工程、形式化设计理论、生物力学和机械生物学、生物医学工程、细胞和生物化学工程、离子运输和电化学、电子和光子学、电路和器件等。

    项目应包括以下三项研究重点，并在前两项中应至少具备一项明确的创新。

(1) C3机器人动力学建模

    第一项研究重点是C3机器人的抽象和理论表征，其目标是制定和验证一系列可计算的动力学数学表示，本质上是适用于从高度保真的仿真、参数化设计到实时运动规划和控制应用的柔性材料和结构。基于这些表征的正式设计理论也很重要。

 (2)分布式感知、驱动和计算

    第二项研究重点是推进C3机器人实施的关键方面，其目的是创建和实现上述第一项研究中生成模型的设备和架构。这些设备应兼容复杂的、高柔性的和可控制柔性结构的开环和反馈控制，包括分布式计算、感知和驱动方法，以及用于存储和分配动力与信息、组装与集成的方法。与合成材料和活组织混合方法一样，生物启发方法也很重要。

    (3)验证和测试

    第三项研究重点的目标是制定和展示物理平台，以完成机器人的实验验证、严格概念证明和各种任务和情况下的综合评估。虽然研究人员已经提出了许多针对特定部件的设计方法，但将各种功能的元件整合到实际系统中几乎没有进展。为了鼓励研究成果的广度、相关度和鲁棒性，该方向需要对上述两项研究的要素进行论证，整合在一个鲁棒的测试平台中，并能在非理想条件下完成说明性目标。这样的系统应能实现在大量形态变化下仍维持功能的主旨目标。相关硬件研究应确定具有系统级功能的集成软机器人解决方案的可行途径。

朱章黔编译自

https://www.nsf.gov/pubs/2017/nsf17578/nsf17578.htm?WT.mc_id=USNSF_25&WT.mc_ev=click#pgm_desc_txt

来源：网络安全和信息化动态2017年第15期