科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
美國(guó)麻省理工學(xué)院工程師開(kāi)發(fā)了一種類似彈簧的設(shè)備，可用作幾乎所有肌肉型機(jī)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(yùn)動(dòng)量。研究論文發(fā)表在最新一期《先進(jìn)智能系統(tǒng)》上。
新設(shè)計(jì)可最大限度發(fā)揮自然肌肉的作用。
圖片來(lái)源：菲利斯·弗蘭克爾/麻省理工學(xué)院
肌肉是大自然完美的執(zhí)行器，可將能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)。就比例而言，肌纖維比大多數(shù)合成執(zhí)行器更強(qiáng)大、更精確。因此，工程師一直在探索利用天然肌肉為機(jī)器人提供動(dòng)力的方法?，F(xiàn)有的一些“生物混合”機(jī)器人，使用肌肉執(zhí)行器為人造骨骼提供動(dòng)力，也可實(shí)現(xiàn)行走、游泳、泵動(dòng)和抓握。但迄今并沒(méi)有高效且通用的相關(guān)裝置。
此次，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)將肌肉的自然力、彎曲剛度和運(yùn)動(dòng)程度聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)大量計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)備的配置和尺寸。
該設(shè)備類似于一個(gè)微型手風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)計(jì)算后設(shè)計(jì)的彎曲度是肌肉組織本身剛度的1/100。研究人員用小鼠細(xì)胞中生長(zhǎng)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(gè)角柱上，測(cè)量了當(dāng)肌肉帶收縮時(shí)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(jì)相比，他們的設(shè)計(jì)集中收縮拉伸程度是前者的5倍。
該裝置可作為未來(lái)肌肉動(dòng)力機(jī)器人的“骨架”。團(tuán)隊(duì)正在調(diào)整和組合彎曲部分，以構(gòu)建由自然肌肉驅(qū)動(dòng)的更精確可靠的機(jī)器人。
總編輯圈點(diǎn)：
人類制造類人機(jī)器已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史。人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，與機(jī)械相比，人的身體更靈活，運(yùn)動(dòng)更精細(xì)，能量轉(zhuǎn)化效率也高得多。這是因?yàn)槿梭w共有約640塊肌肉，肌肉比任何同尺寸的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置都更強(qiáng)大。未來(lái)想要制造出更敏捷的機(jī)器人，最自然的思路，是讓機(jī)器模擬人的肌肉組織和關(guān)節(jié)，還要控制機(jī)器人的總重，這很難。不過(guò)，新裝置通過(guò)引入彈簧，降低了機(jī)器模擬肌肉的難度。不久后，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)將不再是人們印象中的“霹靂舞”。
