編輯 | 麻粒兒
我們眼中的靈活機(jī)器人就是軟體機(jī)器人，他們的運(yùn)動(dòng)原理與剛性機(jī)器人相比，不用馬達(dá)或者液壓等傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)形式，而是模仿人或者動(dòng)物的肌肉來(lái)做動(dòng)作或者是用環(huán)境的變化來(lái)獲取動(dòng)力，如溫度、空氣以及光照等方式。
近日一則消息，日本東京大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)雜志上發(fā)布論文稱，使用人工培育的肌肉組織和樹(shù)脂骨骼研發(fā)出能像手指一樣活動(dòng)的機(jī)器人，并且這個(gè)項(xiàng)目成果登上了科學(xué)雜志的封面。
機(jī)器手指上看起來(lái)軟軟粉粉的，實(shí)際上它就是有血有肉的真肌肉，肌肉來(lái)自于團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)制作，通過(guò)含實(shí)驗(yàn)鼠骨骼肌細(xì)胞的溶液制作出長(zhǎng)方形肌肉薄片，疊加薄片培育出長(zhǎng)約8毫米的肌肉組織。
然后團(tuán)隊(duì)將這些實(shí)驗(yàn)室繁殖的組織與手指形狀樹(shù)脂骨骼兩面組合以形成類(lèi)似于人手指的結(jié)構(gòu)，制成全長(zhǎng)近3厘米的機(jī)器人。這個(gè)小手指可以做什么？如圖所示。
看動(dòng)圖的簡(jiǎn)單動(dòng)作，感覺(jué)沒(méi)什么好稀奇的，機(jī)器人顫顫巍巍彎曲手指將塑料戒指取出然后移到旁邊的圓柱放下。兩個(gè)機(jī)械手指協(xié)同提起塑料小片。
雖然動(dòng)作簡(jiǎn)單，但對(duì)于生物機(jī)器人領(lǐng)域來(lái)講具有劃時(shí)代的突破。因?yàn)樗褂玫氖钦嬲墓趋兰∪饨M織，并且它比以往利用獨(dú)立肌肉組織進(jìn)行收縮運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造更為耐久。
唯一有缺憾的是目前手指機(jī)器人還只能在溶液中活動(dòng)，溶液中的養(yǎng)分浸透到肌肉中，從而可以讓肌肉內(nèi)部的組織正常活動(dòng)。
研究人員稱將來(lái)有可能為它覆蓋上皮膚構(gòu)造等，使其暴露在空氣中也不會(huì)導(dǎo)致肌肉內(nèi)部組織干燥，從而實(shí)現(xiàn)在暴露在空氣中活動(dòng)。
這個(gè)手指機(jī)器人可以彎曲的運(yùn)動(dòng)原理就是通過(guò)電刺激單側(cè)肌肉收縮，關(guān)節(jié)的零部件會(huì)動(dòng)，然后機(jī)器手可以像指尖一樣抬起。
此前曾有團(tuán)隊(duì)把肌肉裝在機(jī)器人中，但肌肉在數(shù)天后便會(huì)變得僵硬。研究人員發(fā)現(xiàn)，用電極刺激肌肉最終會(huì)導(dǎo)致肌肉因電解而變性。團(tuán)隊(duì)成員在構(gòu)造上費(fèi)了一番功夫，使他們研發(fā)的肌肉能夠活動(dòng)一周，令機(jī)器人的活性肌肉耐久性得以實(shí)現(xiàn)。
一周的使用壽命能干什么？聽(tīng)起來(lái)還是感覺(jué)燒錢(qián)燒的慌，但制作團(tuán)隊(duì)表示他們將金屬機(jī)器人初步與靈活肌肉組裝融合在一起，展示了一種在機(jī)器人關(guān)節(jié)上維護(hù)生命組織的方法，為那些研究假肢和電子人的未來(lái)提供了希望。
“如果我們可以將更多的這些肌肉結(jié)合到一個(gè)單一的設(shè)備中，我們應(yīng)該能夠復(fù)制出允許手、手臂和身體其他部位形成的復(fù)雜的肌肉相互作用。”研究員 Yuya Morimoto預(yù)測(cè)。“我們相信在未來(lái)，我們將創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的生物混合型機(jī)器人。”
日本人對(duì)人形機(jī)器人的研制有蜜汁癡迷。此前日本東京大學(xué)研制的會(huì)出汗的機(jī)器人，不知道大家還記得這個(gè)新聞嗎？AI星球也報(bào)道過(guò)，貼心鏈接：【趣聞】能做俯臥撐，還會(huì)“累”的流汗，這個(gè)機(jī)器人成精了！
這個(gè)機(jī)器人的亮點(diǎn)不僅僅在于能夠模仿人的排汗系統(tǒng)，解決自身散熱的問(wèn)題。他的靈活性也大大秒殺市場(chǎng)的大多類(lèi)人機(jī)器人。
這個(gè)機(jī)器人來(lái)自于日本東京大學(xué)的JSK實(shí)驗(yàn)室，研究團(tuán)隊(duì)十多年來(lái)一直致力于研究肌肉組織的運(yùn)動(dòng)情況及其同骨骼的兼容性，開(kāi)發(fā)著世界上最接近人體構(gòu)造的人形機(jī)器人。
與出汗機(jī)器人腱悟郎極度相似的第四版機(jī)器人腱志郎，總共擁有160塊肌肉，每條腿上有25塊肌肉，肩膀上6塊，軀干有76塊，而頸部有22塊。
它的肌肉由圖中這樣類(lèi)似滑輪組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，外形比較扁寬，僅僅需要一個(gè)電機(jī)就可以驅(qū)動(dòng)。這個(gè) “肌肉”都是人工制造的纖維、橡膠等材質(zhì)組成，其穩(wěn)定性與使用壽命確實(shí)比擁有真正肌肉的機(jī)械手優(yōu)秀很多。
他還安裝了合成的肌腱和關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)處甚至還安有十字型的韌帶和半月板，完全模仿人類(lèi)的骨架和肌肉結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)非常自由，給整個(gè)機(jī)構(gòu)的靈活性帶來(lái)了質(zhì)的飛躍。
所以看他轉(zhuǎn)頭，行走，做俯臥撐，仰臥起坐、打羽毛球等這些運(yùn)動(dòng)感覺(jué)幾乎與真人無(wú)異，正是這些大量的肌肉協(xié)調(diào)才使得他的運(yùn)動(dòng)流暢靈活。
為機(jī)器人創(chuàng)造“肌肉”這件事，科學(xué)家們一直在努力。未來(lái)人形機(jī)器人設(shè)計(jì)或許將取消鋼板和塑料，可能會(huì)產(chǎn)生肌肉機(jī)械混合手、手臂甚至腿，而這些混合生物機(jī)器人技術(shù)在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?huì)為千千萬(wàn)萬(wàn)的人帶來(lái)曙光。
