哈工大造出能和（hé）象鼻一（yī）样运动的柔（róu）性机器人

随着柔性机器人的迅速发展（zhǎn），人们越来（lái）越意（yì）识到（dào），冰冷（lěng）、僵硬只是我（wǒ）们对机器人的刻板印（yìn）象（xiàng）。近日，国际（jì）著名期刊 Soft Robotics 刊登（dēng）了哈尔滨（bīn）工业大学冷劲松（sōng）教授（shòu）团（tuán）队与美国马里兰大学（xué） Norman M. Wereley 教授团队的（de）共同研究成果，题为 Novel Bending and Helical Extensile/ContracTIle PneumaTIc Artificial Muscles Inspired by Elephant Trunk（受（shòu）象鼻（bí）启发的新型弯（wān）曲螺旋可伸展/收（shōu）缩气动（dòng）人工肌肉）。

上述研究团队受到象鼻的（de）启（qǐ）发（fā），基于（yú）气动人工肌肉（PneumaTIc arTIficial muscles，PAMs），研制出了一种新型柔性机器（qì）人。在该研究中，“气动人工肌肉”是一（yī）个核心（xīn）元素（sù）。

气（qì）动人工肌肉，是人（rén）造肌肉（artificial muscle）的一种。人造肌肉（ròu）即电活性聚合物，是（shì）一种（zhǒng）新型智能高分子（zǐ）材料，是根据生物学原（yuán）理（lǐ）由缬氨酸（suān）、脯（pú）氨酸和（hé）甘氨酸这 3 种氨基酸按一（yī）定顺（shùn）序排列构成，可在外加（jiā）电场（chǎng）下通过内部结构的改变而（ér）伸（shēn）缩、弯曲、束紧（jǐn）或膨胀，非常接近生物的（de）肌肉纤维（wéi）。

而气动人工肌肉，从字面意思上理（lǐ）解就是，由外（wài）部（bù）的压（yā）缩空气驱动（dòng）进行推拉动作的人造肌肉，具有柔顺性、轻量（liàng）性（xìng）、绿（lǜ）色性等优势。这一材料重量轻（最小仅为 10g），却能提（tí）供很（hěn）大的力量，用“四两拨千（qiān）斤”来形容它再（zài）合适不过了。

实际上，由于具有（yǒu）与生物肌肉纤维相似的仿生编（biān）织结（jié）构、与骨骼肌相（xiàng）似的特性，气动人工肌肉在软体（tǐ）仿生机器人、变刚度静（jìng）水骨（gǔ）骼等领域都得到了（le）广泛的应用。此外（wài），这类（lèi）材料在（zài）医（yī）学、机器人、军事、航天、光学等领域都（dōu）发挥着重要作用，具（jù）有巨大的商业潜力。

早在 20 世纪 40 年（nián）代，科研人员（yuán）就开始对这一领域进行研究。2019 年 7 月（yuè），MIT 科研团队还在 Science 发表论（lùn）文，介绍了他们（men）利（lì）用 2 种热膨胀系数不同的聚合（hé）物材料高密度聚乙（yǐ）烯和环烯烃共聚物弹性（xìng）体（tǐ）制（zhì）成的新（xīn）型人造肌肉，这种人造（zào）肌肉一（yī）经加（jiā）热，便可自由伸缩，提起比其自身重 650 倍的物体。这一研究也登上（shàng）了当期 Science 封面。

哈工大造出柔性（xìng）机器（qì）人，能（néng）和象（xiàng）鼻一样灵活（huó）运动

近年（nián）来，曾有不少研究团队受花瓣、猎鹰、蛇、鸽子、鱼、兔子等等（děng）的启发，设计（jì）出多种形态的柔性机器人。而此次哈工大研究（jiū）团队受到象鼻的启发，设计了新型的柔性机器人。研究团队指出，气动（dòng）人工肌肉运动在（zài）一定程（chéng）度上仅局限于单轴收（shōu）缩和拉伸，这（zhè）也限制了其发（fā）展。为此，该团队在可伸展/收缩的气动人工肌肉的（de）基础上设计了新（xīn）型的（de）弯曲螺旋可伸展/收缩气动人工肌肉（HE-PAMs/HC-PAMs）。

当 HE-PAMs/HC-PAMs 膨胀时，将产生绕轴的弯曲（qǔ）、旋转运动，使致动（dòng）器产生螺旋变形，类（lèi）似我们曾在动物园见（jiàn）过的象（xiàng）鼻弯曲旋转的运动过程。在此基础之上，研究团队通过一个仿象鼻的高自由度柔性（xìng）臂来探索 HE-PAMs/HC-PAMs 在柔性机器人领域（yù）的潜在应用。研究（jiū）人员表（biǎo）示，HC-PAMs 输出、负载能力很强，而 HE-PAMs 可产生更（gèng）多的变形。

值（zhí）得一提的是（shì），这一研究（jiū）提（tí）出了统一（yī）的（de）理论方（fāng）法，将会为（wéi）其（qí）他研究人员提供可靠的参考——该团队通（tōng）过实验、分（fèn）析，建立（lì）了气动（dòng）人工肌肉的广（guǎng）义弯曲行为模（mó）型，并（bìng）在相同的（de）理论框架下研究了轴向、弯曲和螺（luó）旋气动人工肌肉的特性。据了解，轴（zhóu）向、弯曲和螺旋气动人工肌肉可以（yǐ）广泛（fàn）地应用（yòng）于各个方向，比（bǐ）如软体分类机器（qì）人、搜索机器人（rén）、生物机器人、运动（dòng）辅助外（wài）骨骼、力（lì）反馈可穿（chuān）戴设备等（děng）等（děng）。

实际上，人造肌（jī）肉材料已成为（wéi）当今研究的（de）前沿和热门，这（zhè）与人们对柔性（xìng）机器人领域越来（lái）越多的关注密不可分。柔性机（jī）器人可（kě）具备的特性（xìng）包括材（cái）料（liào）的柔软性、优良的（de）环境（jìng）适应性、超强的安全性，以及（jí）良好的人机互（hù）动性。相较（jiào）于刚体（tǐ）材料而言，软体材料互动性（xìng）好（hǎo）很多，如果用软体材料做出新的机器人，可能会开拓出新的应（yīng）用领域。

不过（guò），想要完美地同时兼具上述几种特性，还（hái）有（yǒu）很多技术上（shàng）的难题，目前（qián）研究（jiū）人员们也（yě）正在寻求一（yī）个突破口，比如中国科学院理化技（jì）术研（yán）究所研究员、清华大学教授刘静团队考虑了室温液态金属（shǔ）在柔性机器人领域的应用；MIT 研究人员曾（céng）用（yòng） 3D 打（dǎ）印、液（yè）压驱动的（de）方式驱动机（jī）器人（rén）运（yùn）动。

虽然现阶（jiē）段柔性机器人领（lǐng）域（yù）仍比较（jiào）“概念化”，但其应用前（qián）景广泛（fàn），未来必将会（huì）带（dài）来（lái）新（xīn）的变革（gé）。