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机器人“增肌”不靠蛋白粉,人造肌肉了解一下?

导读: 在人体的种种组织中,肌肉是其中的关键一类。肌肉的体积不仅仅关系着人的外表,在日常活动时肌肉收缩牵引骨骼进行关节运动时,还起到了重要的杠杆作用。

在人体的种种组织中,肌肉是其中的关键一类。肌肉的体积不仅仅关系着人的外表,在日常活动时肌肉收缩牵引骨骼进行关节运动时,还起到了重要的杠杆作用。

也就是说,我们这个物种之所以能用两只小脚稳定住庞大身躯、灵活运动还能搬运沉重的物品,很大一部分原因来自于我们身上复杂的肌肉结构。

那么,这样的结构可以被复制到机器人领域吗?

机器人的肌肉,应该是由什么组成的?

目前主导机器人运动的一般都是液压、电机这些传统的供能形式,将电磁能进行能量传导进行运动,简单回忆一下挖掘机这一类大型机械的运作方式,就能想象到今天的机器人是如何工作的。

我们在物理课本上都学过,能量转换是有一定效率的,易用能量产生转换、难用能量在转换过程中消失。相比机械能和电能的互相转换,生物肌肉的能量来源是化学能,能量转换效率更高。

这也一定程度上造就了生物肌肉的特质:强大的拉力(每平方厘米约有5Kg)、灵活的伸缩性(收缩和伸长比率达到60%)以及极大的耐用性和自我修复能力。

相较之下,那些沉重的、僵硬的、还需要经常修理的机械简直是弱爆了。于是从上个世纪40年代以来,科学家们一直在进行人造肌肉方面的研究,试图将肌肉组织的优势应用到机械设备中去。

目前人造肌肉的形式大概有以下几种。

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·气动类

气动人工肌肉可以说是人造肌肉里最为简单廉价的一种了,想象以下,在自己手臂下放置一个气球,通过气球不断充气,手臂自然也被气球胀大的体积抬起来了。

气动类人工肌肉就是通过柔性材料模仿肌肉组织,加上气压的驱动来模仿肌肉的柔软、灵活和轻便。

MIT就曾推出过一种可压缩软骨架+密封袋+气体/流体介质的人造肌肉,模仿折纸结构的弹性发力,能够提起比装置本身重1000倍的东西。

机器人“增肌”不靠蛋白粉,人造肌肉了解一下?

·智能材料类

智能材料包括很多种,例如可以通过高压静电驱动的电活化聚合物,或者能够通过环境温度变化而伸缩的凝胶等等。我们可以理解成一块橡胶被包裹在液体之中,通过液体温度的改变而产生热胀冷缩。

科罗拉多大学博尔德分校的科研学者们就研究出了这样一种材料装置HASEL,利用廉价的塑料制品填充绝缘液体,再连接上电极,就可以在电压通过时做出动作。在实验中,这种柔软的材料有69%的拉伸度(这个数字已经很接近生物肌肉了),并且能轻柔的抓起树莓、生鸡蛋这些脆弱的物体,不会像机械装置那样对物体产生破坏。而且这种材料非常廉价,制造一个能抓起鸡蛋的HASEL只需要10美分。

机器人“增肌”不靠蛋白粉,人造肌肉了解一下?

·人工培养类

但论起丧心病狂来,还要看日本科学家。最近有新闻称,日本东京大学等团队研发出了世界上第一个生物肌肉机器人。附着在树脂骨骼之外的并不是气囊或凝胶,而是在培养皿中利用小鼠骨骼肌细胞培养出来的“真·肌肉组织”。

在电流的刺激下,单侧肌肉可以进行收缩运动,带动关节进行弯曲。从而可以勾起一些物品。不过因为涉及到生物组织培养,这种人造肌肉的造价会十分昂贵,同时会发生肌肉僵直等问题,目前还属于试验性质。

机器人“增肌”不靠蛋白粉,人造肌肉了解一下?

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