在曩昔的幾十年里，擬人機(jī)械人固然在長(zhǎng)相方面成長(zhǎng)迅猛，曾經(jīng)看起來(lái)和人類(lèi)非常類(lèi)似，但有一點(diǎn)它們倒是毫無(wú)停頓的：舉措。因?yàn)樗鼈兪怯蓹C(jī)電驅(qū)動(dòng)的，明天最早進(jìn)的機(jī)械人還和《星球年夜戰(zhàn)》外面的 C-3PO 一樣，舉措異常僵硬。
我們?cè)撊艉巫寵C(jī)械人也能夠像人類(lèi)一樣完成行云流水般的舉措呢？這就是一個(gè)名為軟機(jī)械人（soft robotics）的新興范疇的目的了：為機(jī)械帶來(lái)更“天然”的舉措。
近日，在《迷信》和《迷信-機(jī)械人》學(xué)刊中揭橥的兩篇論文描寫(xiě)了一種全新的機(jī)械人“肌肉”。這類(lèi)“肌肉”的全名叫“液壓縮小自愈式靜電致動(dòng)器”（hydraulically amplified self-healing electrostatic actutator），簡(jiǎn)稱(chēng)“hasel”。固然有多個(gè)分歧的設(shè)計(jì)，然則 hasel 根本上就是一個(gè)內(nèi)含油液，里面裹著多個(gè)電極的小袋子。當(dāng)這些電極被電流激起后，它們將釋放電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器開(kāi)端收放。
這類(lèi)致動(dòng)器在力氣和效力方面與人類(lèi)肌肉非常接近，并可以在一秒鐘以?xún)?nèi)完成屢次壓縮。是以，應(yīng)用這類(lèi)“肌肉”驅(qū)動(dòng)的義肢在舉措大將會(huì)更切近天然肢體。信任有一天，這類(lèi)肌肉將可以驅(qū)動(dòng)力年夜無(wú)限卻非常柔嫩的機(jī)械人，如許我們就不用擔(dān)憂(yōu)它們?nèi)蝿?wù)時(shí)會(huì)一不當(dāng)心戳傷本身的同事。
“我們只是在用靜電力來(lái)驅(qū)動(dòng)液體，經(jīng)由過(guò)程將電極吸在一路把液體泵到袋子的其他部位”，科羅拉多年夜學(xué)波爾得分校的機(jī)械工程師 Nicholas Kellaris 說(shuō)道。前文提到了一篇在《迷信-機(jī)械人》上揭橥的論文，該論文的重要作者就是 Kellaris。簡(jiǎn)略來(lái)講，hasel 致動(dòng)器可以自我壓縮，“而經(jīng)由過(guò)程讓袋子變形致動(dòng)，將發(fā)生壓力和舉措”。
固然，這其實(shí)不是市場(chǎng)上獨(dú)一一種用緊縮空氣或液體來(lái)完成活動(dòng)的軟致動(dòng)器，然則其他的致動(dòng)器都須要有一個(gè)外置容器來(lái)包容這些氣體或液體，然后用一根長(zhǎng)長(zhǎng)的管子將它與致動(dòng)器銜接起來(lái)。hasel 致動(dòng)器則可以直接應(yīng)用袋子內(nèi)的（變壓器）油。這意味著它的反響速度將遠(yuǎn)超其他的軟致動(dòng)器。
圖 | 這類(lèi)叫“hasel”的新型致動(dòng)器可以輕松地拿起一枚覆盆子
作為試驗(yàn)，研討人員們制作了一個(gè)圓形的 hasel 致動(dòng)器，在動(dòng)員時(shí)會(huì)它成為一個(gè)“甜甜圈”。“當(dāng)我們?cè)谥聞?dòng)器的一段釋放電場(chǎng)時(shí)，它將把液體推出所謂的‘非運(yùn)動(dòng)區(qū)域’”，在《迷信》上揭橥的那篇論文的主作者、科羅拉多年夜學(xué)波爾得分校的機(jī)械工程師 Eric Acome 說(shuō)道。這個(gè)成果最直不雅的顯示就是圓圈中央的油被推到了邊沿，即構(gòu)成甜甜圈的外形。研討人員們把多個(gè)“甜甜圈”致動(dòng)器分為兩組，用每一個(gè)致動(dòng)器代表一根手指，勝利地做出了一個(gè)可以悄悄地拿起一枚覆盆子的機(jī)械人手。
假如你認(rèn)為悄悄地拿起一枚生果沒(méi)成心思，研討人員們還制作了一種可以抬起重物的機(jī)械人“肌肉”。這類(lèi)長(zhǎng)方形的致動(dòng)器是由三組程度分列的袋子構(gòu)成，而每一個(gè)袋子都在上半部門(mén)裝有電極。當(dāng)施加電流時(shí)，油會(huì)被擠到下半部門(mén)，讓下半部門(mén)向上卷起來(lái)。如許便會(huì)削減全部長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度，舉起連鄙人半部門(mén)的重物。研討人員可以隨意馬虎地經(jīng)由過(guò)程增長(zhǎng)致動(dòng)器的數(shù)目來(lái)進(jìn)步“肌肉”的力氣。（你在家也能夠用一個(gè)密封的塑料袋來(lái)試驗(yàn)：只需在外面略微吹口吻，密封放平，然后把一半下壓，另外一半就會(huì)卷向你）。
圖 | 可以抬起重物的長(zhǎng)方形hasel 致動(dòng)器
力氣壯大，又非常精準(zhǔn)，hasel 致動(dòng)器的確無(wú)敵了。豈非它沒(méi)有弱點(diǎn)嗎？
其實(shí)，完成hasel 致動(dòng)器最年夜的難點(diǎn)就在于驅(qū)動(dòng)它的電力。電力其實(shí)不是一種溫順的力氣，特別是當(dāng)它用來(lái)掌握軟機(jī)械人所應(yīng)用的精致資料時(shí)。其實(shí)，今朝已有一種任務(wù)道理與 hasel 非常類(lèi)似的致動(dòng)器，用電極緊縮橡膠完成舉措。但是，這類(lèi)致動(dòng)器很輕易短路，特殊是當(dāng)電力過(guò)年夜，發(fā)生穿透橡膠的電弧時(shí)，全部體系都邑瓦解。
這就是 hasel 致動(dòng)器為什么要應(yīng)用油的緣由。“它會(huì)穿過(guò)中央的液體，然則這些液領(lǐng)會(huì)連忙從新散布，再次成為絕緣體，而這個(gè)裝備則可以持續(xù)任務(wù)下去”，科羅拉多年夜學(xué)波爾得分校的 Tim Morrissey 說(shuō)道。簡(jiǎn)略來(lái)講，袋子中的油有著盾牌的功效，不會(huì)像別的那種橡膠一樣被擊碎。
hasel 的出眾的地方在于它簡(jiǎn)略的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的致動(dòng)器常常是一個(gè)龐雜的機(jī)電外帶一個(gè)龐雜的齒輪箱。而 hasel 則只是一個(gè)充斥了油的袋子和一些電極。
不外，因?yàn)檐洐C(jī)械人遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的機(jī)械人軟弱，軟機(jī)械人的設(shè)計(jì)師必需斟酌它們的軀體被刺穿從而喪失動(dòng)力的能夠。所以，軟機(jī)械人范疇另外一年夜值得攻關(guān)的困難是——可以自愈的皮膚。好在這一困難今朝已取得初步結(jié)果，而 hasel 的團(tuán)隊(duì)則正在試圖將這類(lèi)自愈才能添加到 Hasel 致動(dòng)器上。
當(dāng)軟機(jī)械人的靠得住性、平安性、適用性到達(dá)必定級(jí)別時(shí)，它們將在短時(shí)光內(nèi)融入我們的社會(huì)與生涯中。因?yàn)檐洐C(jī)械人可以與人類(lèi)協(xié)調(diào)同事，這意味著它們不會(huì)搶走人類(lèi)的任務(wù)。固然，它們總有一天會(huì)成為我們的同伴，豈論是任務(wù)上的，照樣生涯上的。
