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據創新聯盟

近日，哈爾濱工業大學機電工程學院劉英想教授團隊在厘米級機器人研究方面取得新進展，成功研制出一種具有可重構能力的新型厘米級壓電機器人。相關研究以《基于內置陶瓷驅動的厘米級可重構壓電機器人》（Centimeter-scale Reconfiguration Piezo Robots with Built-in-Ceramic Actuation Unit）為題發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小型化、大負載、快速運動和模塊化可重構的兼備提供了一種有效的解決思路。

可重構機器人具有良好的環境適應性和功能拓展能力，在復雜環境的信息探索和任務執行等方面展現出較好的應用前景，是機器人領域的熱門研究方向。其中，模塊尺寸和可重構策略是影響機器人運動特性和功能實現的兩個關鍵因素。采用傳統電磁驅動方式的機器人容易實現快速運動，但受限于傳動機構，單個重構模塊的結構相對復雜，不利于進一步小型化。壓電驅動具有響應快、結構簡單、功率密度大、電磁兼容性好等優點，非常契合厘米級機器人的發展需求。然而，將壓電驅動技術應用于可重構機器人領域仍然存在較大挑戰。一方面，目前壓電機器人模塊單機的集成度較低，其驅動、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策略和構型特性預估方法，較難實現豐富且系列化的壓電機器人構型群。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策略和構型特性預估方法，對厘米級可重構壓電機器人的發展具有重要意義。

針對上述挑戰，該團隊從螳螂“沖擊-跳躍”運動模式中受到啟發，提出了一種基于內置壓電陶瓷驅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）。通過分析陶瓷數量、安裝角度和位置對壓電彈性體振動模態的影響規律，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，進而實現前進和后退運動。機器人實現了高達90.3倍體長每秒（超過900毫米每秒）的快速運動，承載能力高達自重的31.6倍（超過200克）。在此基礎上，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。團隊通過包括“自連接”和“塊連接”在內的多點位連接方法，實現了9個系列、超過25種不同的機器人構型。研究進一步提出了以模塊數量和連接權重為核心的構型特性預估方法，實現了任意機器人構型的特性趨勢預測，助推構型優選過程。試驗結果表明：所研發的機器人通過組合重構改變構型拓撲，能夠克服多種復雜地形并實現功能化拓展應用，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，展現了良好的環境適應特性和模塊化擴展能力，為復雜環境中的多樣化任務執行奠定了良好基礎。

哈工大為論文唯一完成單位與通訊單位。機電工程學院博士研究生高宇、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基金、黑龍江省博士后科學基金以及國家資助博士后研究人員計劃項目資助。（來源：哈爾濱工業大學）

全國高校人工智能與大數據創新聯盟

全國高校人工智能與大數據創新聯盟（簡稱:高校聯盟）是由清華大學、浙江大學、中南大學、東北大學、上海工程技術大學、重慶郵電大學、東北林業大學、佛山科學技術學院、曲阜師范大學、黑龍江大學、海豚大數據科技等全國54家高校、企業共同發起，于2018年5月26日在北京中國科技會堂正式成立。迄今為止，聯盟發展會員300多家, 覆蓋全國20多個省市。聯盟由一批積極投身于“人工智能、大數據、區塊鏈”教育事業的高校、科研機構、企事業單位和個人自愿組成的公益性、全國性學術交流服務平臺。中國工程院原常務副院長、中國工程院院士潘云鶴、中國科學院院士陳國良、中國工程院院士李伯虎擔任聯盟名譽理事長，中國工程院院士譚建榮擔任聯盟理事長。聯盟工作接受工信部、國家網信辦等政府部門行政管理和業務指導。聯盟主要工作是推進產教融合、校企合作、協同育人。(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”，是經山西轉型綜合改革示范區管理委員會批準，于2023年10月在太原成立的第一批專業研究人工智能、賦能數字經濟產業發展的獨立法人組織。華算人工智能研究院依托全國高校人工智能與大數據創新聯盟專家委員會及理事會資源，按照山西省委省政府、山西轉型綜合改革示范區管理委員會發展人工智能、數字經濟的系列文件精神和工作計劃，將研究院打造成為山西省發展人工智能、數字經濟的示范應用推廣平臺，同時面向全國開展人工智能業務。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任。研究院內設AI產業學院共建中心、實訓實習就業中心、實驗室建設中心、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人才培養及產教融合事業發展。

高校區塊鏈專委會

全國高校人工智能與大數據創新聯盟區塊鏈專委會（簡稱:高校區塊鏈專委會），是由北京大學、浙江大學、武漢大學、西南財經大學、北京交通大學、鄭州大學、貴州大學、桂林電子科技大學、山西農業大學、佛山科學技術學院、陜西師范大學、中國網安、海豚大數據科技等全國40多家高校、企業和機構共同發起，于2019年12月7日在廣東省佛山市正式成立。目前發展高校及企業會員70多家。中國工程院院士、浙江大學教授陳純擔任高校區塊鏈專委會名譽顧問；福州大學教授蔡維德、中國計算機學會區塊鏈專委會主任斯雪明教授、中國人民銀行數字貨幣研究所副所長狄剛擔任高校區塊鏈專委會名譽主任；北京大學信息科學技術學院區塊鏈中心主任陳鐘教授擔任高校區塊鏈專委會主任。高校區塊鏈專委會主要工作是促進高校區塊鏈教育，為高校區塊鏈專業建設及學科發展提供專家咨詢服務。

高校元宇宙專委會

全國高校人工智能與大數據創新聯盟元宇宙專業委員會（簡稱:高校元宇宙專委會），是由清華大學、湖南大學、浙江大學、四川大學、汕頭大學、河北金融學院、保定市元宇宙協會、英偉達中國、海爾衣聯網研究院、海豚大數據科技(天津)有限公司等全國20多所高校、企業和機構共同發起，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實領域專家趙沁平擔任高校元宇宙專委會名譽顧問；中國工程院院士、北京航空航天大學電氣與自動化學院名譽院長、中國航天科工集團有限公司科技委高級顧問李伯虎擔任高校元宇宙專委會名譽主任；清華大學信息國研中心可信軟件和大數據部常務副主任邢春曉擔任高校元宇宙專委會主任委員。目前已發展高校及企業會員30多家。高校元宇宙專委會主要工作是促進高校元宇宙教育、加強校企合作、推動元宇宙專業建設及學科發展，為元宇宙教育教學提供專家咨詢服務。

高校數字經濟專委會

全國高校人工智能與大數據創新聯盟數字經濟專業委員會（簡稱:高校數字經濟專委會），是由華算人工智能研究院、清華大學、北京大學、中國人民大學、中國社會科學院信息化研究中心、四川大學、北京外國語大學、北京科技大學、北京工業大學、北京語言大學、北京化工大學、北京聯合大學、北京物資學院、北京印刷學院、西藏民族大學、河北金融學院、重慶財經學院、蘇州城市學院、北京中關村軟件園、百度、海豚大數據科技等全國60多家高校、企業和機構共同發起，于2024年1月12日在北京正式成立。清華大學經濟管理學院教授姜旭平、北京大學信息管理系教授賴茂生、中國社會科學院信息化研究中心主任姜奇平、中國科學院大學經濟與管理學院教授呂本富擔任高校數字經濟專委會主任委員。高校數字經濟專委會主要工作是促進高校數字經濟專業建設及學科發展，推動產學研合作，為高校數字經濟專業教育教學提供專家咨詢服務。

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