更接近逼真的机器人

哥伦比亚工程公司的研究人员解决了一个长期存在的问题,即创造不受束缚的软机器人,其动作和动作可以帮助模仿自然生物系统。由机械工程教授Hod Lipson领导的创意机器实验室的一个小组开发了一种3D可打印的合成软肌,一种独一无二的人工活动组织,具有内在的膨胀能力,不需要外部压缩机或高压设备需要以前的肌肉。新材料的应变密度(每克膨胀)比天然肌肉大15倍,可以提升自身重量的1000倍。

他们的发现在一项新研究中得到了概述。

以前,由于不能表现出高致动应力和高应变的所需特性,因此没有材料能够起到软肌的作用。现有的软致动器技术通常基于弹性体蒙皮的气动或液压膨胀,当空气或液体供应到弹性体蒙皮时膨胀。这些技术所需的外部压缩机和压力调节设备可防止小型化和创建可独立移动和工作的机器人。

“我们在制造机器人头脑方面取得了很大进展,但机器人体仍然是原始的,”霍德利普森说。“这是一个很大的难题,就像生物学一样,新的执行器可以成形并重塑成千上万种。我们已经克服了制造逼真机器人的最后障碍之一。”

受生物体的启发,软材料机器人技术在机器人需要与人类接触和互动的领域(例如制造和医疗保健)方面具有很大的前景。与刚性机器人不同,软机器人可以复制自然运动 - 抓取和操纵 - 提供医疗和其他类型的帮助,执行精细任务或拾取柔软物体。

为了实现具有高应变和高应力以及低密度的致动器,研究的主要作者,创造机器实验室的博士后研究员Aslan Miriyev使用硅橡胶基质和乙醇分布在整个微泡中。该解决方案结合了其他材料系统的弹性和极端体积变化属性,同时易于制造,成本低,并且由环保材料制成。

在3D打印成所需形状后,使用薄电阻线和低功率(8V)电动致动人造肌肉。它在各种机器人应用中进行了测试,其中它显示出显着的膨胀 - 收缩能力,当电加热到80℃时能够膨胀高达900%。通过计算机控制,自主单元几乎可以在任何设计中执行运动任务。

“我们的柔软功能材料可以起到强健的柔软肌肉的作用,可能会彻底改变当今软机器人解决方案的设计方式,”Miriyev说。“它可以推动,拉动,弯曲,扭曲和提升重量。它是我们对天然肌肉最接近的人造材料。”

研究人员将继续在此基础上进一步发展,采用导电材料替代嵌入式导线,加速肌肉的响应时间并延长其保质期。从长远来看,它们将涉及人工智能以学习控制肌肉,这可能是复制自然运动的最后里程碑。