肌肉驱动机器人有了柔软灵活的"骨骼"
可最大限度发挥肌纤维作用
科技日报北京4月9日电 (记者张梦然)美国麻省理工学院工程师开发了一种类似弹簧的设备,可用作几乎所有肌肉型机器人的基本骨架模块。这种"弯曲弹簧"旨在充分利用任何附着的肌肉组织,可最大限度提高肌肉自然产生的运动量。研究论文发表在最新一期《先进智能系统》上。
肌肉是大自然完美的执行器,可将能量转化为运动。就比例而言,肌纤维比大多数合成执行器更强大、更精确。因此,工程师一直在探索利用天然肌肉为机器人提供动力的方法。现有的一些"生物混合"机器人,使用肌肉执行器为人造骨骼提供动力,也可实现行走、游泳、泵动和抓握。但迄今并没有高效且通用的相关装置。
此次,团队设计了一种专门定制的弯曲件,其配置和刚度使肌肉组织能够自然收缩并最大限度地拉伸弹簧。团队将肌肉的自然力、弯曲刚度和运动程度联系起来,通过大量计算来设计设备的配置和尺寸。
该设备类似于一个微型手风琴状结构,团队计算后设计的弯曲度是肌肉组织本身刚度的1/100。研究人员用小鼠细胞中生长的活肌肉纤维制作成肌肉带,将肌肉带缠绕在设备的两个角柱上,测量了当肌肉带收缩时柱子拉在一起的距离。
研究发现,弯曲部分的配置使肌带能可靠且反复地收缩。与之前的肌肉执行器设计相比,他们的设计集中收缩拉伸程度是前者的5倍。
该装置可作为未来肌肉动力机器人的"骨架"。团队正在调整和组合弯曲部分,以构建由自然肌肉驱动的更精确可靠的机器人。
【总编辑圈点】
人类制造类人机器已有半个多世纪的历史。人们早就发现,与机械相比,人的身体更灵活,运动更精细,能量转化效率也高得多。这是因为人体共有约640块肌肉,肌肉比任何同尺寸的运动转化装置都更强大。未来想要制造出更敏捷的机器人,最自然的思路,是让机器模拟人的肌肉组织和关节,还要控制机器人的总重,这很难。不过,新装置通过引入弹簧,降低了机器模拟肌肉的难度。不久后,机器人的运动将不再是人们印象中的"霹雳舞"。