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肌肉驅(qū)動機器人有了柔軟靈活的“骨骼”

發(fā)布時間:2024-04-10 14:26:00來源: 科技日報

  肌肉驅(qū)動機器人有了柔軟靈活的“骨骼”

  可最大限度發(fā)揮肌纖維作用

  科技日報北京4月9日電 (記者張夢然)美國麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)了一種類似彈簧的設(shè)備,可用作幾乎所有肌肉型機器人的基本骨架模塊。這種“彎曲彈簧”旨在充分利用任何附著的肌肉組織,可最大限度提高肌肉自然產(chǎn)生的運動量。研究論文發(fā)表在最新一期《先進智能系統(tǒng)》上。

  肌肉是大自然完美的執(zhí)行器,可將能量轉(zhuǎn)化為運動。就比例而言,肌纖維比大多數(shù)合成執(zhí)行器更強大、更精確。因此,工程師一直在探索利用天然肌肉為機器人提供動力的方法。現(xiàn)有的一些“生物混合”機器人,使用肌肉執(zhí)行器為人造骨骼提供動力,也可實現(xiàn)行走、游泳、泵動和抓握。但迄今并沒有高效且通用的相關(guān)裝置。

  此次,團隊設(shè)計了一種專門定制的彎曲件,其配置和剛度使肌肉組織能夠自然收縮并最大限度地拉伸彈簧。團隊將肌肉的自然力、彎曲剛度和運動程度聯(lián)系起來,通過大量計算來設(shè)計設(shè)備的配置和尺寸。

  該設(shè)備類似于一個微型手風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu),團隊計算后設(shè)計的彎曲度是肌肉組織本身剛度的1/100。研究人員用小鼠細胞中生長的活肌肉纖維制作成肌肉帶,將肌肉帶纏繞在設(shè)備的兩個角柱上,測量了當肌肉帶收縮時柱子拉在一起的距離。

  研究發(fā)現(xiàn),彎曲部分的配置使肌帶能可靠且反復(fù)地收縮。與之前的肌肉執(zhí)行器設(shè)計相比,他們的設(shè)計集中收縮拉伸程度是前者的5倍。

  該裝置可作為未來肌肉動力機器人的“骨架”。團隊正在調(diào)整和組合彎曲部分,以構(gòu)建由自然肌肉驅(qū)動的更精確可靠的機器人。

  【總編輯圈點】

  人類制造類人機器已有半個多世紀的歷史。人們早就發(fā)現(xiàn),與機械相比,人的身體更靈活,運動更精細,能量轉(zhuǎn)化效率也高得多。這是因為人體共有約640塊肌肉,肌肉比任何同尺寸的運動轉(zhuǎn)化裝置都更強大。未來想要制造出更敏捷的機器人,最自然的思路,是讓機器模擬人的肌肉組織和關(guān)節(jié),還要控制機器人的總重,這很難。不過,新裝置通過引入彈簧,降低了機器模擬肌肉的難度。不久后,機器人的運動將不再是人們印象中的“霹靂舞”。

  (科技日報)

(責(zé)編:陳濛濛)

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