关注到近期的公开报道:来自伦敦玛丽女王大学的研究人员在《先进智能系统》杂志上发表了一项研究,研究人员发现一种新型电活性高分子人工肌肉,实现了自我感知能力。这种肌肉能够感知外力的大小和本身的形变情况,并可以在软硬不同状态间快速切换,性能堪比天然肌肉。这为集成到软体机器人中的人工肌肉提供了“自我感知”的新功能。

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这种新型人工肌肉使用液体硅胶和碳纳米管制成,然后在上面涂覆一层柔软的阴极作为“传感层”。通过检测电阻值变化,它就可以实时监测肌肉的形变和收缩情况。我们手臂的肌肉也具有类似的“自我感知”功能,可以反馈肌肉受力情况,这是人体灵敏运动控制的重要环节。

这个新研究为人工肌肉带来两大创新——柔软的阴极传感层和可变刚度控制。前者使其获得自我感知功能,后者则提供可控的肌肉硬度,能够在软硬状态间快速变化,这对于执行复杂运动是非常必要的。

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我们人体上的肌肉是使我们能够移动、行走、抬起物品的动力来源。而对于机器人来说,要实现这些功能,也需要相应的“动力装置”。传统的机器人使用电机或液压装置作为执行动作的“肌肉”,但这些装置体积笨重,不够灵活。新的人工肌肉技术能让软体机器人也“长出”肌肉,实现更敏捷的运动。

人工肌肉就是一种模仿生物肌肉工作原理的软材料装置。它能够在电场或化学反应的驱动下收缩、膨胀,从而产生拉力做功。与电机相比,人工肌肉具有轻量柔软的特点,可以使软体机器人实现各种敏捷运动。

除了用在软体机器人上,这种新型人工肌肉还有很多医学应用前景。它可以与人体组织无缝结合,为假肢添加灵敏的力反馈,帮助行动不便的人们完成日常任务。配合小型传感器,可穿戴式机器人就能够通过人工肌肉感应病人运动,并提供物理治疗所需的肌肉阻力训练。

再将这种自我感知的人工肌肉与大脑机接口(BCI)技术结合,就可以直接根据大脑信号来控制假肢或外骨骼进行精细动作,无需经过患者自身的肌肉控制。这对于截肢患者恢复日常生活能力大有帮助。

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当前人工肌肉技术尚面临材料与性能的各种限制,但随着各种新概念和材料的不断涌现,人工肌肉应用的前景非常可期。它将为软体机器人带来灵活敏捷的运动能力,并让更多截肢及行动障碍患者重获“自我感知”的运动控制能力。这一崭新技术值得我们继续关注与期待。