瑪麗女王大學(xué)（Queen Mary University）的研究人員設(shè)計(jì)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(duì)軟體機(jī)器人和醫(yī)療應(yīng)用具有重要意義，使人機(jī)一體化更近了一步。
在7月8日發(fā)表于《先進(jìn)智能系統(tǒng)》（Advanced Intelligent Systems）的一項(xiàng)研究中，來(lái)自倫敦瑪麗女王大學(xué)（Queen Mary University of London）的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種具有自感應(yīng)能力的新型電動(dòng)可變剛度人造肌肉，從而在仿生學(xué)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)有望徹底改變軟機(jī)器人技術(shù)和醫(yī)療應(yīng)用。
肌肉收縮硬化不僅對(duì)增強(qiáng)力量至關(guān)重要，而且還能在生物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)。QMUL工程與材料科學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)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(wú)縫轉(zhuǎn)換，同時(shí)還具有感知力和變形的非凡能力。
瑪麗女王大學(xué)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(dòng)器中的重要性。張博士說(shuō)："賦予機(jī)器人，特別是由柔性材料制成的機(jī)器人以自感能力，是實(shí)現(xiàn)真正仿生智能的關(guān)鍵一步。"
研究人員開(kāi)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(fù)雜的軟機(jī)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(dòng)器能夠承受沿長(zhǎng)度方向超過(guò)200%的拉伸，具有超強(qiáng)的耐久性。
通過(guò)施加不同的電壓，人工肌肉可快速調(diào)節(jié)其硬度，實(shí)現(xiàn)硬度變化超過(guò)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(dòng)特性在響應(yīng)速度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，這種新型技術(shù)可通過(guò)電阻變化監(jiān)測(cè)其變形，無(wú)需額外布置傳感器，在降低成本的同時(shí)簡(jiǎn)化了控制機(jī)制。
這種自感應(yīng)人工肌肉的制造工藝簡(jiǎn)單可靠。利用超聲波分散技術(shù)將碳納米管與液態(tài)有機(jī)硅混合，然后用涂膜器均勻涂布，制成薄層陰極，同時(shí)作為人工肌肉的傳感部分。陽(yáng)極直接使用軟金屬網(wǎng)切割而成，執(zhí)行層夾在陰極和陽(yáng)極之間。液態(tài)材料固化后，一個(gè)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(jī)器人到醫(yī)療應(yīng)用，不一而足。與人體的無(wú)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(guò)集成自感應(yīng)人造肌肉，可穿戴機(jī)器人設(shè)備可以監(jiān)測(cè)患者的活動(dòng)，并通過(guò)調(diào)整硬度水平提供阻力，從而在康復(fù)訓(xùn)練期間促進(jìn)肌肉功能的恢復(fù)。
張博士強(qiáng)調(diào)說(shuō)："雖然在臨床應(yīng)用這些醫(yī)療機(jī)器人之前仍有一些挑戰(zhàn)需要解決，但這項(xiàng)研究代表了向人機(jī)一體化邁出的關(guān)鍵一步。它為軟體可穿戴機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展提供了藍(lán)圖。"
倫敦瑪麗女王大學(xué)的研究人員進(jìn)行的這項(xiàng)突破性研究標(biāo)志著仿生學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑。他們開(kāi)發(fā)的自感應(yīng)電動(dòng)人工肌肉為軟體機(jī)器人和醫(yī)療應(yīng)用的發(fā)展鋪平了道路。
