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仿生学领域新里程碑,这种新型人造肌肉的软硬可变

2023-07-19 17:32:51 综合报道 阅读:
伦敦玛丽女王大学的研究人员在仿生学领域取得了重大进展,开发出了一种具有自我感知能力的新型电动可变刚度人造肌肉。这项创新技术有可能会彻底改变软体机器人和医疗应用。

普通机器人的运动,一般是依靠电机和液压系统来实现的,这样的机械结构机器人缺乏灵活性且结构复杂,而新型的软体机器人灵活性更高,但是由于其运动完全依赖于所使用的智能材料,往往刚度较低能够执行的任务有限。所以如果能有一种材料可以在软硬之间自由切换,使软体机器人不但具有柔软材料的灵活性,还具有机械结构机器人的刚度和力量,将会极大的推动机器人领域的发展。KSNednc

伦敦玛丽女王大学的研究人员就带来了这样的一款材料,通过从大自然中汲取灵感,他们制造了一种具有自我感知能力的新型电动可变刚度人造肌肉,这项创新技术有可能会彻底改变软体机器人和医疗应用。相关研究成果于7月8日以“An Electric Self-Sensing and Variable-Stiffness Artificial Muscle”为题发表在《先进智能系统》杂志上。KSNednc

KSNednc

据研究人员介绍,这种人造肌肉表现出与天然肌肉类似的灵活性和可拉伸性,能够在软硬状态之间无缝过渡,使其非常适合集成到复杂的软机器人系统中,并能够适应各种几何形状。这种具有条纹结构的柔性执行器能够沿长度方向承受超过200%的拉伸,通过施加不同的电压,人造肌肉可以快速调节其刚度,刚度变化超过30倍。此外,这项新技术可以通过电阻变化来监测其变形,从而无需布置额外的传感器,可以简化控制机制降低成本。KSNednc

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同时,这种电动可变刚度人造肌肉的制造过程简单可靠。利用超声波分散技术将碳纳米管与液体硅胶混合,并使用涂膜器均匀涂覆,形成薄层阴极,该阴极也可用作人造肌肉的传感部分。阳极直接使用软金属网切割制成,致动层夹在阴极和阳极之间。液体材料固化后,就形成了完整的自感知可变刚度人造肌肉。 KSNednc

 据悉,这种柔性可变刚度技术具有非常广泛的潜在应用,除了软体机器人之外,在医疗方面,通过与人体的无缝集成,可以帮助残疾人或病患执行基本的日常任务。集成了自感知人造肌肉的可穿戴机器人设备可以监测患者的活动,并通过调整刚度水平提供阻力,促进康复训练期间肌肉功能的恢复。虽然目前将这些医疗机器人部署到临床环境仍然存在一些挑战需要解决,但是这项研究的成果代表着人机集成已经走出了关键的一步,标志着仿生学领域的一个重要里程碑,同时也为未来的软体可穿戴机器人发展提供了方向。KSNednc

责编:Ricardo
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