自感知电动人造肌肉问世

参考消息网8月23日报道据美国《科学日报》网站7月11日报道，英国伦敦玛丽王后大学的研究人员在仿生技术方面取得开创性进展，他们开发出一种新型电动可变硬度人造肌肉，这一创新技术发表在《先进智能系统》杂志上。

这种技术装置具备自我感知能力，具有使柔性机器人和相关医疗应用发生彻底变革的潜力。这种人造肌肉可在软硬状态之间无缝转换，同时能够感知力量和变形。它具有与天然肌肉相似的柔韧性和伸展能力，可以集成复杂的柔性机器人系统，并适应各种形状。通过调节电压，这种人造肌肉会迅速改变硬度，并能通过电阻变化监测自身变形情况。这种人造肌肉制造过程简单可靠，使其成为一系列应用的理想选择，包括帮助残疾人或病人进行康复训练。

肌肉收缩变硬不仅对增强力量至关重要，还能使生物体产生快速反应。玛丽王后大学工程与材料科学学院的研究团队从大自然中获得灵感，成功制造出这种人造肌肉。

该研究项目首席研究员、玛丽王后大学助理教授张克涛解释了可变硬度技术在人工肌肉类致动器中的重要性。张克涛说：“赋予机器人——尤其是那些用柔性材料制成的机器人——自我感知能力是迈向真正的仿生智能的关键一步。”

这些研究人员开发的这种先进人造肌肉展现出与天然肌肉类似的灵活性和拉伸性，这使其成为集成复杂柔性机器人系统以及适应各种几何形状的理想设备。这种具有条纹结构的柔性致动器能够承受沿长度方向超过200%的拉伸，具有非凡的耐用性。

通过采用不同电压，这种人造肌肉可以迅速调整其硬度，实现硬度变化超过30倍的连续调制。与其他类型的人造肌肉相比，这种人造肌肉由电压驱动的特性带来了响应速度方面的一个显著优势。此外，这一新型技术装置可以通过电阻变化监测自身变形情况，从而消除了安置额外传感器的需求，简化了控制机制，同时降低了成本。

这种自感知人造肌肉的制造过程简单可靠。研究人员利用超声波分散技术，将碳纳米管与液态硅混合，并使用涂膜器进行均匀涂抹，以形成薄层阴极。阴极还充当着这种人造肌肉的传感部分。阳极则由软金属网切割制成。致动层夹在阴极和阳极之间。这种液态材料固化后，就形成了完整的自感知可变硬度人造肌肉。

这种柔性可变硬度技术的潜在应用范围非常广泛，可用于从柔性机器人到医疗应用等领域。与人体的无缝融合开启了帮助残疾人或病人完成必要日常任务的可能性。通过集成这种自感知人造肌肉，可穿戴机器人设备可以监测病人的活动，并可通过调节肌肉硬度水平提供阻力，促进康复训练期间肌肉功能的恢复。

张克涛强调说：“虽然在这些医疗机器人能应用于临床环境之前，仍有一些挑战需要解决，但这项研究代表着向人机一体化迈出的重要一步。它为柔性和可穿戴机器人的未来发展提供了一幅蓝图。”

玛丽王后大学研究人员开展的这项开创性研究标志着仿生学领域一个重要里程碑。随着这些研究人员开发出自感知电动人造肌肉，他们为柔性机器人和相关医疗应用方面的进展铺平了道路。