软体机器人变身人体肌肉，将优雅模仿人体运动！科学与机器人子刊齐发

两年前，有一群年轻人聚到一间大学的地下室开始研究仿生肌肉，

后来，他们捣鼓出了一种新型装置——人造肌肉，

并在不久前的《Science》和《ScienceRobotics》上发了论文。

这些年轻人来自美国科罗拉多大学，

这种“肌肉”能更好地模仿人类真实的运动，并且这个团队希望最终可以制造出能够优雅地模仿人体运动的全身型机器人。

这种人造肌肉全名为“液压放大自愈式静电驱动器”，简称HASEL。

它很薄，透明而且很柔韧，

能产生运动，还有自愈的潜力。

据说，它的机理像章鱼一样柔韧，像大象一样强壮，像蜂鸟一样迅速！

一个HASEL单元由包裹着的电极和内装自愈绝缘液体的弹性软袋组成，

在对其施加电压时，正负电极会相互吸引，

从而挤压液体、改变软袋的形状，

模拟人体肌肉的收缩。

这是它的基本原理。

研究人员还构想出了这种“肌肉”的三种不同应用场景。

第一种场景下，“肌肉”是由一个个甜甜圈形状的致动器组成的机械肌肉。

研究人员首先制作了一个圆形的hasel执行器，

然后在执行器的一端施加电场，

液体便会在电场推动下进入未激活的部位，

这个过程会让执行器变厚，因为原本在中间的油分子被挤到四周，

就变成了甜甜圈的形状。

研究人员将甜甜圈分成两组，

组成了一个可以夹东西的机械手。

由于这种装置的运动非常轻柔，

能抓起饱满的树莓或生鸡蛋，而且不把它们弄破。

由于这两组都是由多个单元叠放而成，在通电时可以一同收缩，

收缩程度也和电压直接相关，

所以这个装置能以极高的速度运作，同时保持一定的精确性和稳定性。

第二种场景下，“肌肉”呈现的是平板状，

是一个由多层高度可拉伸的离子导体组成的致动器。

这些离子导体层中间含有一层液体，

在通电时，这种致动器可以做线性收缩和膨胀。

在实验模型中，只要增大尺寸，

使用这种设计方案的人造肌肉就能够轻松提起约4千克的物体！

也能使一个机械臂弯曲！

这种肌肉能够高质量模拟人体肌肉的运动，拥有瞬间爆发力，

也能精确感知拉伸程度。

此外，在浸入油中时，它还能完全隐形，

并继续正常运作。

第三种场景下的“肌肉”名叫Peano-HASEL驱动器，

这是一种由三个含有油液体的矩形小袋组成的致动器。

该制动器的材料使用的是马铃薯袋，

每个矩形小袋的上半部分贴有电极，

当通电时，油液会被挤到下半部分，使得下半部分向上卷起，从而做出运动.

在实验中，这种致动器肌肉，可以超过人体肌肉的速度提起物体。

可以说HASEL的出彩之处很多，

首先，它足够简单。

现在，很多机器人给人的印象是动作生硬、行动迟缓，

其原因很大程度上在于驱动方式的限制。

长久以来，机器人的驱动技术一直没有革命性的进展，

除了广泛应用的电动驱动方式，要么液压驱动、要么就气动驱动，

但这三者都无法使机器人的动作做到和人一样灵巧。

也有其他类型的软体执行器存在，用压缩空气或流体使其运动起来，

但它们都要依赖庞大的储气或储水容器。

HASEL则不同，只需利用袋中原本就存在的变压器油，

不需要额外的存储装置。

这样一来，执行器的动作会更快，

因为液体不再需要从储存容器开始经历长途跋涉进入执行器。

其次，HASEL的原料易得而且价格便宜。

《Science Robotics》上论文的第一作者

NickKellaris介绍说：“一个Peano-HASEL的制造成本仅仅10美分。

如果大批量生产，制造成本能降到1美分以下。”

该项目有望大量投入于制作假肢以及工业生产。

但这也不是说，HASEL没有缺点。

首先，这种软致动器就结构强度来说，就比较脆弱。

这意味着，一旦损坏，它就会失去动力。

其次，由于HASEL完全靠电力维持动作，

这在电池技术迟迟未有重大进展的今天，意味着机器人可能会更快地耗尽电力。

接下来，研究人员表示将会进一步优化材料，

探索更佳的制造工艺，以求该技术能迅速的实现实际应用。

或许在将来，当软体机器人足够有力，足够精确也足够强韧的时候，

它们就会渗透到我们的生活中。

僵硬的传统义肢会被柔软且有感知能力的柔软义肢取代。

时刻生活在我们身边的机器人中，会出现不计其数的HASEL不停地工作着，

为整个社会创造更大的价值！

下面来看看HASEL人造肌肉的视频介绍吧

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