哥伦比亚大学打造出人造肌肉,让机器人动作可以像人类一样灵活

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哥伦比亚大学工学院的研究团队近日开发出了一种材料,能够用来做为机器人的人造肌肉,成功让人型机器人又再度朝向“类人型”方向接近了一些。

运用这种材料 3D 打印出的人造肌肉不再像以前的设备一样,必须依赖外部压缩机或高压设备来动作,就像人类的肌肉一样,这种合成肌肉可以做出推、拉、弯曲及扭转动作,同样的也能轻松的抬起重物。

要达成类似的行为,人造肌肉必须同时具备高应力及高应变性质,研究团队指出,过去并没有发现任何材料能够同时具备所有需求,直到现在。

负责人 Hod Lipson 教授表示,近几年在制造机器人的头脑上,研究人员已经取得了相当大的进步,但机器人的身体却始终没有太大的改变,这是因为要做出像生物一样的致动器(actuator),就必须具备灵活性极高的材质,而这是一个非常大的难题。

但研究团队最终还是克服了这个障碍。

为了做出具有高应变、高应力同时低密度的制动器,论文的第一作者 Aslan Miriyev 运用了一种矽橡胶(silicone rubber)作为基体,其中的微泡中分布着乙醇,最终制造出了具备需求的柔软材质。

这种方式制造出来的柔软材质,不仅具备了过去使用其他材料的高弹性、高应变特性,同时制造过程简单、成本低廉,使用的材料还非常环保。

在透过 3D 打印制造成所需的形状之后,人造肌肉就能够使用薄电阻丝和 8 伏特低功耗的电力来驱动,在一系列的机器人应用测试中,人造肌肉都展现出了非常好的膨胀收缩能力,当充电加热到 80°C 时,它能够膨胀到原先的近 900%。

由于具备着非常高的弹性,研究人员发现这样的人造肌肉在经由电脑自动控制之下,几乎可以在任何设计中执行所需的动作任务。

研究人员 Miriyev 博士认为,这种柔软材料可以很好的用来做为软性机器人的肌肉,具备推、拉、弯曲、扭转和搬运重物的人造肌肉,可能会彻底改变现在软性机器人的设计方式和目标。

“这是至今为止我们开发出最接近自然肌肉的人造材料。”

Lipson 教授指出,在需要与人类接触相处的领域中,运用这类型软性材料制成的机器人将具着很大的发挥空间。与传统刚性机器人不同,软性机器人将可以复制生物的自然动作,执行需要弹性、充满细节的任务,在制造产业、医疗照护领域上都能提供许多帮助。

团队未来将持续研究开发,他们的目标是运用导电材料来取代嵌入式电线,进而加速肌肉的反应时间,并增加材料的保质期。

除此之外,Miriyev 博士指出,团队未来也计划导入 AI 来学习控制人造肌肉,届时可能会成为复制人类自然运动的“最后一座里程碑”。

研究的全部结果已经在 Nature Communications 杂志上发布。