軟體機器人變身人體肌肉，將優雅模仿人體運動！科學與機器人子刊齊發

兩年前，有一群年輕人聚到一間大學的地下室開始研究仿生肌肉，

後來，他們搗鼓出了一種新型裝置——人造肌肉，

並在不久前的《Science》和《ScienceRobotics》上發了論文。

這些年輕人來自美國科羅拉多大學，

這種「肌肉」能更好地模仿人類真實的運動，並且這個團隊希望最終可以製造出能夠優雅地模仿人體運動的全身型機器人。

這種人造肌肉全名為「液壓放大自愈式靜電驅動器」，簡稱HASEL。

它很薄，透明而且很柔韌，

能產生運動，還有自愈的潛力。

據說，它的機理像章魚一樣柔韌，像大象一樣強壯，像蜂鳥一樣迅速！

一個HASEL單元由包裹著的電極和內裝自愈絕緣液體的彈性軟袋組成，

在對其施加電壓時，正負電極會相互吸引，

從而擠壓液體、改變軟袋的形狀，

模擬人體肌肉的收縮。

這是它的基本原理。

研究人員還構想出了這種「肌肉」的三種不同應用場景。

第一種場景下，「肌肉」是由一個個甜甜圈形狀的致動器組成的機械肌肉。

研究人員首先製作了一個圓形的hasel執行器，

然後在執行器的一端施加電場，

液體便會在電場推動下進入未激活的部位，

這個過程會讓執行器變厚，因為原本在中間的油分子被擠到四周，

就變成了甜甜圈的形狀。

研究人員將甜甜圈分成兩組，

組成了一個可以夾東西的機械手。

由於這種裝置的運動非常輕柔，

能抓起飽滿的樹莓或生雞蛋，而且不把它們弄破。

由於這兩組都是由多個單元疊放而成，在通電時可以一同收縮，

收縮程度也和電壓直接相關，

所以這個裝置能以極高的速度運作，同時保持一定的精確性和穩定性。

第二種場景下，「肌肉」呈現的是平板狀，

是一個由多層高度可拉伸的離子導體組成的致動器。

這些離子導體層中間含有一層液體，

在通電時，這種致動器可以做線性收縮和膨脹。

在實驗模型中，只要增大尺寸，

使用這種設計方案的人造肌肉就能夠輕鬆提起約4千克的物體！

也能使一個機械臂彎曲！

這種肌肉能夠高質量模擬人體肌肉的運動，擁有瞬間爆發力，

也能精確感知拉伸程度。

此外，在浸入油中時，它還能完全隱形，

並繼續正常運作。

第三種場景下的「肌肉」名叫Peano-HASEL驅動器，

這是一種由三個含有油液體的矩形小袋組成的致動器。

該制動器的材料使用的是馬鈴薯袋，

每個矩形小袋的上半部分貼有電極，

當通電時，油液會被擠到下半部分，使得下半部分向上捲起，從而做出運動.

在實驗中，這種致動器肌肉，可以超過人體肌肉的速度提起物體。

可以說HASEL的出彩之處很多，

首先，它足夠簡單。

現在，很多機器人給人的印象是動作生硬、行動遲緩，

其原因很大程度上在於驅動方式的限制。

長久以來，機器人的驅動技術一直沒有革命性的進展，

除了廣泛應用的電動驅動方式，要麼液壓驅動、要麼就氣動驅動，

但這三者都無法使機器人的動作做到和人一樣靈巧。

也有其他類型的軟體執行器存在，用壓縮空氣或流體使其運動起來，

但它們都要依賴龐大的儲氣或儲水容器。

HASEL則不同，只需利用袋中原本就存在的變壓器油，

不需要額外的存儲裝置。

這樣一來，執行器的動作會更快，

因為液體不再需要從儲存容器開始經歷長途跋涉進入執行器。

其次，HASEL的原料易得而且價格便宜。

《Science Robotics》上論文的第一作者

NickKellaris介紹說：「一個Peano-HASEL的製造成本僅僅10美分。

如果大批量生產，製造成本能降到1美分以下。」

該項目有望大量投入於製作假肢以及工業生產。

但這也不是說，HASEL沒有缺點。

首先，這種軟致動器就結構強度來說，就比較脆弱。

這意味著，一旦損壞，它就會失去動力。

其次，由於HASEL完全靠電力維持動作，

這在電池技術遲遲未有重大進展的今天，意味著機器人可能會更快地耗盡電力。

接下來，研究人員表示將會進一步優化材料，

探索更佳的製造工藝，以求該技術能迅速的實現實際應用。

或許在將來，當軟體機器人足夠有力，足夠精確也足夠強韌的時候，

它們就會滲透到我們的生活中。

僵硬的傳統義肢會被柔軟且有感知能力的柔軟義肢取代。

時刻生活在我們身邊的機器人中，會出現不計其數的HASEL不停地工作著，

為整個社會創造更大的價值！