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应用潜力无限的软性机器人可应用于“人工肌肉”！

大学仕 2021-02-02 09:41

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近日，哈尔滨工业大学发布消息，该校与多国多所高校合作，在“人工肌肉”研究领域取得新突破，解决了人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题，为后续设计具有无毒、低驱动电压的高性能驱动器提供新的理论基础。

智能材料是一类可以在外界激励下做出主动响应的新材料，具有自驱动、自监测、自修复等多种功能，在人工智能、智能制造、生物医疗、机器人等领域具有广泛的应用前景。

聚合物纤维与碳纳米管纱线人工肌肉是一种典型的智能材料，主要通过热、电化学两种方式实现驱动。

软性机器人因其较高的柔性、对人体安全等优点，近年来得到广泛关注。3D打印的优势在于制造复杂形体、复杂结构可一次成型，不需要后续加工。打印免组装结构，是3D打印技术制造软性机器人比较典型的应用。

左思洋、刘建彬课题组提出了一种基于薄膜气缸的新型模块化柔性驱动方法，可根据具体应用改变排列组合方式以及合理布置连接方案，将其应用于人工肌肉和管道爬行机器人中。

“每一个薄膜气缸就好比人体的一小块肌肉，或者爬虫的一个‘节’，只不过是用热塑性聚氨酯材料做的。”刘建彬解释说，如果把这个新型薄膜气缸结构比喻成一个基本的肌肉单元，根据不同的应用需求对这些单元的连接方式进行组合，就像是把一个个肌肉单元连接起来形成一整块肌肉，然后再应用于不同场景。

整块“肌肉”的制造过程采用了3D打印技术，一次成型，省掉了传统机电设备加工制造中的装配流程，大幅降低了驱动模块的制造成本和周期，且具备耗气量小、动态响应高、可靠性高、对应用场景适应性强等特点。

基于此创意，课题组首先提出了一种新型气动人工肌肉，可应用于柔性外骨骼等人机交互装备的驱动中。气动即以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。与传统气动人工肌肉相比，该设计最突出的特点是不会产生厚度方向的膨胀，从而避免了对人体的挤压。

此外，课题组还提出了一种新型气动管道爬行机器人，可应用于工业管道设施的检查和实时监控。该管道爬行机器人采用仿生尺蠖原理，通过巧妙布置薄膜气缸单元之间的连接，实现机器人在管道内、外壁面爬行。柔性驱动方式的应用使该机器人能够适应大范围管道直径的变化，并可应对直管、弯管、竖管、水平管以及各种角度倾斜管的应用场景，同时机器人可承受自重80倍以上负载。

因为采用了气动方法驱动，软性机器人只能拖着长长的气管尾巴工作。如果将传感器集成到设备中，就能去掉这些气管尾巴，使机器人更独立精致。

文章来源：科技日报，北青网

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