哥伦比亚大学的人造肌肉问世,可以让机器人像人一样动作灵活

李振梁2017-09-21
生为万物之灵长的优越感又少了一点点

我们在开发人造肌肉的道路上又前进了一步。

据每日邮报报道,哥伦比亚大学的工程师开发了一种肌肉,能够举起千倍于自身的重物,可用于制造人形机器人。

这是一种3D打印的合成肌肉,不必像以前的设备那样,使用外部压缩机或高压设备。这种人造肌肉可以推、拉、弯曲、扭转,各种动作都可以驾驭。

肌肉有一些机器手臂不可替代的特点。哥伦比亚大学的工程师表示,到目前为止,还没有任何一种材料能有软体肌肉那样发挥作用。这是由于所有材料都无法像肌肉那样,满足对高强度应力和应变的要求。

因此,受到生物特性的启发,这个哥伦比亚的团队开始做这种人造肌肉。

这个团队的领导Hod Lipson教授表示,软体材料机器人,在那些需要与人类接触和互动的领域,比如说制造和医疗业,使用会非常广泛。与僵硬的机器人不同,软体机器人可以人类的自然动作,像抓取、操纵等,为人类提供医疗或其它类型的帮助。甚至还能执行一些精细的任务,或者捡起柔软物体。

Hod Lipson称,再制造机器人大脑方面我们取得了突飞猛进的成绩,但是机器人的身体仍然十分原始。

如我们所见,我们可以看到人工智能让机器拥有了十分聪明的大脑,在规律性强的事情上,比如围棋,已经远胜人类。可是迄今为止,我们并没有看到任何机器人,能像人类一样做出那么灵活的动作,即便是像波士顿动力公司的机器人已经做得十分出色,还是免不了有僵硬的感觉。

可是 Lipson教授说,他们已经克服了制造栩栩如生的机器人的最后一个障碍,也就是灵活性极强的肌肉。

在尝试的过程中,为了让低密度材料适应制动器高压力和高应力要求,该研究报告的第一作者Aslan Miriyev使用了一种硅橡胶基质,它的微泡中分布着乙醇。

这个解决方案结合了其他材料的弹性特性和极限体积变化特性,同时也易于制造、成本低,并且还环保。

通过3d打印,打造成想要的形状之后,这种人造肌肉使用一根细电线和8伏低压电,进行了电刺激。

左图是电驱动肌肉处于静止状态下,右图是受到8伏的电激后进行扩张

它在一系列的机器人应用中进行了测试,在这些应用中,这种合成肌肉展示出很强的扩张收缩能力。当通电加热到80摄氏度(176华氏度)时,它可以膨胀到原来的900%。

如下图所示,13g(0.45盎司)人造肌肉提升1公斤(2.2磅)的重量。

有了这么好的弹性之后,通过计算机控制,自动控制单元就能在几乎任何设计中,执行动作任务。

该团队成员、创新机器实验室(Creative Machines lab)的博士后研究员表示,它是我们造出的最接近自然肌肉的人造材料,可以作为机器人的软体肌肉,用来推、拉、弯曲、扭转和提升重物都可以,是有可能彻底改变现在工程学所用的软体机器人设计方案。

这项研究成果也得到了学术界的认可,文章发表在国际著名学术期刊Nature上面。

该研究团队打算继续开发,使用导电材料取代嵌入的电线。这样的好处是,可以加速肌肉的反应时间,增加它的使用寿命。

Miriyev博士说,将来他们将会探索用人工智能来控制肌肉,这可能是复制人类自然动作的“最后一个里程碑”。

假以时日,这种肌肉或许可以让机器人的一举一动,都像人类那么灵活而连贯,而不是一顿一顿地,像在跳机器舞,或者有规律地卡碟一样。这么一想,生为万物之灵长的优越感又少了一点点。

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