作者:Shoji Takeuchi 来源:《物质》 发布时间:2024/1/29 16:59:55
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日本科学家研制出肌肉驱动的机器人

 

与机器人相比,人的身体更灵活,能够进行精细运动,并能将能量有效转化为运动。日本研究人员从人类步态中获得灵感,将肌肉组织和人造材料结合在一起,制造了一款两腿生物混合机器人,使得机器人能够行走和旋转。相关研究1月27日发表于《物质》。

“这是生物学和机械学的融合,作为以生物功能为特色的机器人技术新领域,生物混合机器人的研究最近引起了人们的关注。”论文通讯作者、日本东京大学的Shoji Takeuchi说,“使用肌肉作为致动器可以让我们建造一个紧凑的机器人,并通过柔软的触感实现高效,无声的运动。”

作为一种创新的两足设计,该研究小组的两足机器人建立在利用肌肉的生物混合机器人的传统之上。肌肉组织驱动生物混合机器人向前缓慢行走和游泳,以及转弯——但不是急转弯。然而,能够旋转和急转弯是机器人避开障碍物的一个基本特征。

为了制造一个动作精细、灵活的更敏捷的机器人,研究人员设计了一种模仿人类步态并能够在水中操作的生物混合机器人。该机器人有一个泡沫浮标的顶部和加重的腿,以帮助它在水下站直。机器人的骨架主要由硅橡胶制成,可以弯曲和绷紧以适应肌肉运动。然后,研究人员将实验室培养的条状骨骼肌组织连接到硅橡胶和每条腿上。

当研究人员用电流刺激肌肉组织时,这些肌肉收缩,从而抬起了腿。当电流消散时,腿的脚后跟会向前并着地。通过每5秒钟在左腿和右腿之间交替进行电刺激,生物混合机器人成功地以5.4毫米/分钟的速度向前“行走”。为了转弯,研究人员每5秒钟反复电击右腿,而左腿则充当锚。最终机器人在62秒钟内完成了90度左转。研究结果表明,这种肌肉驱动的两足机器人可以行走、停止,并做出有规则的转弯动作。

“目前,我们正在手动移动一对电极,分别对腿施加一个电场,这需要时间。”Takeuchi说,“在未来,通过将电极集成到机器人中,我们希望能更有效地提高速度。”

该团队还计划为双足机器人提供关节和更厚的肌肉组织,以实现更复杂、更有力的运动。但Takeuchi说,在给机器人升级更多的生物部件之前,该团队必须整合一个营养供应系统,以维持活体组织和设备结构,使机器人能够在不确定性中操作。

“在实验室例会上,当看到机器人在视频中成功行走时,我们爆发了一阵欢呼。”Takeuchi说:“虽然它们看起来只是一小步,但实际上,它们是生物混合机器人的巨大飞跃。”(来源:中国科学报 冯维维)

相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.matt.2023.12.035

 
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