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 多模式运动 尺蠖 环境感知 自主控制
📋 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式软体机器人，通过优化结构和集成控制系统，实现了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，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。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，这限制了它们在复杂和多任务环境中的实际应用。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缺乏自主性和灵活性，难以适应复杂地形和水下环境。
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运动。通过集成紧凑的控制电路和摄像头，实现无线控制和环境感知，从而使机器人能够自主地在陆地和水下环境中移动。这种设计旨在克服传统软体机器人的束缚，提高其自主性和适应性。
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) 柔性机器人本体：采用弯曲的柔性结构，模仿尺蠖的形态；2) 磁驱动系统：利用外部磁场控制机器人的运动；3) 板载控制电路：实现无线指令接收和运动控制；4) 集成摄像头：提供环境感知能力；5) 电源系统：为板载电路和摄像头供电。整个流程是：操作者通过无线指令控制外部磁场，磁场驱动机器人本体运动，板载电路控制运动细节，摄像头提供环境信息辅助决策。
关键创新：该论文最重要的技术创新点在于将无束缚、多模式运动和环境感知集成到一个紧凑的软体机器人中。与现有方法相比，该机器人无需外部连接，能够自主地在陆地和水下环境中移动，并具备有效载荷运输能力。此外，通过结构优化和系统级集成，实现了较高的运动速度和灵活性。
关键设计：机器人的关键设计包括：1) 柔性结构的材料选择和几何优化，以实现高效的运动；2) 磁驱动系统的磁场强度和频率控制，以实现精确的运动控制；3) 板载控制电路的紧凑性和低功耗设计，以延长机器人的续航时间；4) 摄像头的位置和视野选择，以提供最佳的环境感知效果。
🖼️ 关键图片
📊 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，展示了出色的运动性能。此外，该机器人还成功地执行了有效载荷运输任务，证明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，如环境监测、灾难救援、水下勘探和医疗辅助等。无束缚的特性使其能够在复杂和危险的环境中执行任务，例如在狭窄管道中进行检测，或在水下进行搜索和救援。未来，通过进一步提高机器人的自主性和智能化水平，有望在更多领域发挥重要作用。
📄 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.