軟機器人有硬實力!哥倫比亞大學 3D 列印人造肌肉伸縮自如舉起自身千倍重!

3D 列印肌肉,不像以前的設備使用外部壓縮機或高壓設備。這種人造肌肉可以推、拉、彎曲、扭轉,各種動作都可以駕馭!
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本篇來自合作媒體 36kr,INSIDE 經授權轉載。

據每日郵報報導,哥倫比亞大學的工程師開發了一種肌肉,能夠舉起千倍於自身的重物,可用於製造人形機器人。

這是一種 3D 列印的合成肌肉,不必像以前的設備那樣,使用外部壓縮機或高壓設備。這種人造肌肉可以推、拉、彎曲、扭轉,各種動作都可以駕馭。

肌肉有一些機器手臂不可替代的特點。哥倫比亞大學的工程師表示,到目前為止,還沒有任何一種材料能有軟體肌肉那樣發揮作用。這是由於所有材料都無法像肌肉那樣,滿足對高強度應力和應變的要求。

因此,受到生物特性的啟發,這個哥倫比亞的團隊開始做這種人造肌肉。

這個團隊的領導 Hod Lipson 教授表示,軟體材料機器人,在那些需要與人類接觸和互動的領域,比如說製造和醫療業,使用會非常廣泛。與僵硬的機器人不同,軟體機器人可以人類的自然動作,像抓取、操縱等,為人類提供醫療或其它類型的幫助。甚至還能執行一些精細的任務,或者撿起柔軟物體。

Hod Lipson 稱,在製造機器人大腦方面我們有了突飛猛進的成績,但是機器人的身體仍然十分原始。

如我們所見,我們可以看到人工智慧讓機器擁有了十分聰明的大腦,在規律性強的事情上,比如圍棋,已經遠勝人類。可是迄今為止,我們並沒有看到任何機器人,能像人類一樣做出那麼靈活的動作,即便是像波士頓動力公司的機器人已經做得十分出色,還是免不了有僵硬的感覺。

可是 Lipson 教授說,他們已經克服了製造栩栩如生的機器人的最後一個障礙,也就是靈活性極強的肌肉。

在嘗試的過程中,為了讓低密度材料適應制動器高壓力和高應力要求,該研究報告的第一作者 Aslan Miriyev 使用了一種矽膠基質,它的微泡中分佈著乙醇。

這個解決方案結合了其他材料的彈性特性和極限體積變化特性,同時也易於製造、成本低,並且還環保。

透過 3D 列印,打造成想要的形狀之後,這種人造肌肉使用一根細電線和 8 伏低壓電,進行了電刺激。

左圖是電驅動肌肉處於靜止狀態下,右圖是受到 8 伏的電擊後進行擴張

它在一系列的機器人應用中進行了測試,在這些應用中,這種合成肌肉展示出很強的擴張收縮能力。當通電加熱到攝氏 80 度(176 華

氏度)時,它可以膨脹到原來的 900%。

如下圖所示,13g(0.45 盎司)人造肌肉提升 1 公斤(2.2 磅)的重量。

有了這麼好的彈性之後,透過電腦控制,自動控制單元就能在幾乎任何設計中,執行動作任務。

該團隊成員、創新機器實驗室(Creative Machines lab)的博士後研究員表示,它是我們造出的最接近自然肌肉的人造材料,可以作為機器人的軟體肌肉,用來推、拉、彎曲、扭轉和提升重物都可以,是有可能徹底改變現在工程學所用的軟體機器人設計方案。

這項研究成果也得到了學術界的認可,文章發表在國際著名學術期刊 Nature 上面。

該研究團隊打算繼續開發,使用導電材料取代嵌入的電線。這樣的好處是,可以加速肌肉的反應時間,增加它的使用壽命。

Miriyev 博士說,將來他們將會探索用人工智慧來控制肌肉,這可能是複制人類自然動作的“最後一個里程碑”。

假以時日,這種肌肉或許可以讓機器人的一舉一動,都像人類那麼靈活而連貫,而不是像在跳機器舞,或者有規律地記憶卡一樣。這麼一想,生為萬物之靈長的優越感又少了一點點。