瑪麗女王大學（Queen Mary University）的研究人員設(shè)計出了一種可模擬天然肌肉特征的自感應(yīng)、可變剛度人造肌肉。這一突破對軟體機器人和醫(yī)療應(yīng)用具有重要意義，使人機一體化更近了一步。
在7月8日發(fā)表于《先進智能系統(tǒng)》（Advanced Intelligent Systems）的一項研究中，來自倫敦瑪麗女王大學（Queen Mary University of London）的研究人員開發(fā)出了一種具有自感應(yīng)能力的新型電動可變剛度人造肌肉，從而在仿生學領(lǐng)域取得了重大進展。這項創(chuàng)新技術(shù)有望徹底改變軟機器人技術(shù)和醫(yī)療應(yīng)用。
肌肉收縮硬化不僅對增強力量至關(guān)重要，而且還能在生物體內(nèi)實現(xiàn)快速反應(yīng)。QMUL工程與材料科學學院的研究團隊從大自然中汲取靈感，成功地創(chuàng)造出一種人工肌肉，這種肌肉可以在軟態(tài)和硬態(tài)之間無縫轉(zhuǎn)換，同時還具有感知力和變形的非凡能力。
瑪麗女王大學講師、首席研究員張克濤博士解釋了可變剛度技術(shù)在類人工肌肉致動器中的重要性。張博士說："賦予機器人，特別是由柔性材料制成的機器人以自感能力，是實現(xiàn)真正仿生智能的關(guān)鍵一步。"
研究人員開發(fā)的尖端人造肌肉具有與天然肌肉相似的柔韌性和伸展性，因此非常適合集成到復雜的軟機器人系統(tǒng)中并適應(yīng)各種幾何形狀。這種具有條紋結(jié)構(gòu)的柔性致動器能夠承受沿長度方向超過200%的拉伸，具有超強的耐久性。
通過施加不同的電壓，人工肌肉可快速調(diào)節(jié)其硬度，實現(xiàn)硬度變化超過30倍的連續(xù)調(diào)制。與其他類型的人工肌肉相比，它的電壓驅(qū)動特性在響應(yīng)速度方面具有顯著優(yōu)勢。此外，這種新型技術(shù)可通過電阻變化監(jiān)測其變形，無需額外布置傳感器，在降低成本的同時簡化了控制機制。
這種自感應(yīng)人工肌肉的制造工藝簡單可靠。利用超聲波分散技術(shù)將碳納米管與液態(tài)有機硅混合，然后用涂膜器均勻涂布，制成薄層陰極，同時作為人工肌肉的傳感部分。陽極直接使用軟金屬網(wǎng)切割而成，執(zhí)行層夾在陰極和陽極之間。液態(tài)材料固化后，一個完整的自感應(yīng)可變剛度人工肌肉就形成了。
這種柔性可變剛度技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，從軟體機器人到醫(yī)療應(yīng)用，不一而足。與人體的無縫結(jié)合為幫助殘疾人或病人完成基本的日常任務(wù)提供了可能。通過集成自感應(yīng)人造肌肉，可穿戴機器人設(shè)備可以監(jiān)測患者的活動，并通過調(diào)整硬度水平提供阻力，從而在康復訓練期間促進肌肉功能的恢復。
張博士強調(diào)說："雖然在臨床應(yīng)用這些醫(yī)療機器人之前仍有一些挑戰(zhàn)需要解決，但這項研究代表了向人機一體化邁出的關(guān)鍵一步。它為軟體可穿戴機器人的未來發(fā)展提供了藍圖。"
倫敦瑪麗女王大學的研究人員進行的這項突破性研究標志著仿生學領(lǐng)域的一個重要里程碑。他們開發(fā)的自感應(yīng)電動人工肌肉為軟體機器人和醫(yī)療應(yīng)用的發(fā)展鋪平了道路。
