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新型人工肌肉:模仿舌頭與象鼻,伸縮彎扭全都行

ExMh_zhishexues ? 來源:中國科學雜志社 ? 作者:中國科學雜志社 ? 2021-05-25 10:57 ? 次閱讀

上海交通大學機器人所研究團隊模仿人舌、象鼻等生物組織中的“靜水壓骨骼肌”,設計制造了一類氣動人工肌肉,可以實現伸長、彎曲、螺旋、縮短、扭轉等多種運動模態以及它們的組合,并提出了這種人工肌肉的快速設計和制造方法。

相關成果發表于《國家科學評論》(National Science Review, NSR),上海交通大學博士后鄒江為第一作者,上海交通大學朱向陽教授和谷國迎教授為論文的通訊作者,論文合作者還包括美國麻省理工學院方絢萊教授。

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多模態氣動人工肌肉的工作原理及設計、制造方法

人工肌肉是軟體機器人的關鍵核心技術。然而,由于缺乏簡單有效的設計與制造方法,現有的人工肌肉通常只能產生單一的運動模態,多模態人工肌肉的自動化設計與快速制造一直是該領域研究的難點。

在象鼻、人舌、章魚觸手等生物組織中,存在“靜水壓骨骼肌”,它可以選擇性驅動不同的主動肌纖維陣列,從而產生不同的驅動模態,包括伸長、縮短、彎曲和扭轉等,賦予了生物組織無與倫比的靈巧性。

以此為靈感,研究團隊提出了一類仿肌纖維陣列的多模態氣動人工肌肉。該人工肌肉主要由主動彈性體氣球陣列和被動彈性體薄膜組成,通過選擇性驅動不同方向的主動彈性體氣球,可以產生伸長、彎曲、螺旋、縮短、扭轉等不同的運動模態以及它們的組合,比如并聯的伸長-彎曲-螺旋運動、并聯的10個彎曲運動、串聯的伸長-彎曲-螺旋運動等。

研究者提出了一種平面設計和卷曲成型相結合的方法,實現了人工肌肉三維結構的快速制造。這種制造方法還賦予了人工肌肉很強的可擴展性,比如,可集成不可拉伸的限制層以實現縮短或扭轉運動,也可組裝柔性電極以實現自傳感功能。

實驗結果表明,該多模態氣動人工肌肉在軟體機器人中具有廣泛的應用前景,如環境探測、抓取或操作物體、管道爬行等。

編輯:jq

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原文標題:新型人工肌肉:模仿舌頭與象鼻,伸縮彎扭全都行 | NSR

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