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超级人造肌肉负载惊人 可承受超自身80倍重物

http://www.kexue.com 2013-09-12 10:20:10 新浪科技  发表评论


这两张照片展示的是人造肌肉正在提升231克重量物体的情形,而这块肌肉本身仅有3克重

  新加坡的科研人员近期研发出一种超级人造肌肉,其可以拉伸至本身长度的5倍,并负载相当于自身重量80倍以上的重物。这种新型人造肌肉是采用高分子聚合物制造的,其运行机制模仿了真实肌肉,即对电脉冲作出反应,发生迅速的收缩或膨胀。这在机器人研发领域还是首次,因此这项技术的出现为下一代更加高效,环保且经济的机器人技术发展奠定了基础。

  这项技术突破的核心源自对电场活化聚合物的应用。理论上来说,这种材料可以被拉伸10倍而不会发生破裂,这就让其可以在承载数倍于自身重量的载荷情况下仍可执行多种操作任务。这与目前应用的人造肌肉不同,后者主要基于液压系统设计,只能提升大约相当于自身重量一半的载荷。

  该项技术的研制者,新加坡国立大学的安德林·何(Adrian Koh)表示:“我们所使用的材料模拟了真实肌肉的状况,能对电脉冲作出快速响应,而不是像液压系统那样的缓慢机制。”并且他还强调,在运行时这种人造肌肉也同样可以像液压型同类产品那样保持稳定。他说:“装备了这种人造肌肉的机器人将可以具备和人更加接近的功能方式,但是其力量却要强于人类。”

  能量收集器

  这种人造肌肉还具有另外一项潜在的重要应用。其最初的设计目的是想将电能转化为机械能,但是它同样也可以反过来,将运动中产生的机械能转变为电能并存储起来。根据何教授的说法,一个10公斤重的基于这种“肌肉”的“软发电机”可以生产出于一台重1吨的传统发电机相同的电力。从储能方面来说,这种人造肌肉的工作原理有点像是电容,可以很快达到全功率状态,从而达到快速充电的目的。

  由于相对而言高分子聚合物材料价格并不昂贵,使用这些材料制造的机器人将比现有的传统工艺机器人更加便宜。事实上,何教授表示采用人造肌肉材料的价格将仅有采用传统液压驱动机制方式的5%左右。因此,何教授相信基于这种人造肌肉制造的机器人未来将会成为一种普遍的消费品,就像今天的平板电脑以及智能手机一样。

  除了以上所提及之外,这种人造肌肉还拥有更多潜在的,机器人领域之外的应用价值。比如何教授表示这项技术可以被用来研发下一代更加高效的起重机设备。

  全软体机械

  在对这项技术进行评价时,美国康奈尔大学的罗伯特·谢泼德(Robert Shepherd)教授表示:“这项有关电脉冲驱动人造肌肉的研究工作是迈向制造全软体机械的重要一步,这种机械行动敏捷,并具有足够力量可以执行很多重要任务。”

  面向未来,研究人员将会继续致力于改进这项人造肌肉技术,他们的下一个目标是使这种人造肌肉可以反复运作超过100万次以上。在未来3~5年之内,研制组预期他们将有望将这种人造肌肉融合进一个具备完全功能的机械臂之中,这种机械臂将可以完成诸如取物,或是精确移动物体等任务。这种机械臂甚至还可以跟真人掰手腕——对此,何教授表示:“我们当然是希望我们的机械臂能赢了!”(晨风)

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