肌肉驱动机器人有了柔软灵活的“骨骼”

发布时间:2024-05-28 17:36:54 来源: sp20240528

  美国麻省理工学院工程师开发了一种类似弹簧的设备,可用作几乎所有肌肉型机器人的基本骨架模块。这种“弯曲弹簧”旨在充分利用任何附着的肌肉组织,可最大限度提高肌肉自然产生的运动量。研究论文发表在最新一期《先进智能系统》上。

新设计可最大限度发挥自然肌肉的作用。图片来源:菲利斯·弗兰克尔/麻省理工学院

新设计可最大限度发挥自然肌肉的作用。图片来源:菲利斯·弗兰克尔/麻省理工学院

  肌肉是大自然完美的执行器,可将能量转化为运动。就比例而言,肌纤维比大多数合成执行器更强大、更精确。因此,工程师一直在探索利用天然肌肉为机器人提供动力的方法。现有的一些“生物混合”机器人,使用肌肉执行器为人造骨骼提供动力,也可实现行走、游泳、泵动和抓握。但迄今并没有高效且通用的相关装置。

  此次,团队设计了一种专门定制的弯曲件,其配置和刚度使肌肉组织能够自然收缩并最大限度地拉伸弹簧。团队将肌肉的自然力、弯曲刚度和运动程度联系起来,通过大量计算来设计设备的配置和尺寸。

  该设备类似于一个微型手风琴状结构,团队计算后设计的弯曲度是肌肉组织本身刚度的1/100。研究人员用小鼠细胞中生长的活肌肉纤维制作成肌肉带,将肌肉带缠绕在设备的两个角柱上,测量了当肌肉带收缩时柱子拉在一起的距离。

  研究发现,弯曲部分的配置使肌带能可靠且反复地收缩。与之前的肌肉执行器设计相比,他们的设计集中收缩拉伸程度是前者的5倍。

  该装置可作为未来肌肉动力机器人的“骨架”。团队正在调整和组合弯曲部分,以构建由自然肌肉驱动的更精确可靠的机器人。

(责编:张泰运、姜洁)