如果機(jī)器有肌肉,是由什么組成的呢?
在人體的種種組織中,肌肉是其中的關(guān)鍵一類。肌肉的體積不僅僅關(guān)系著人的外表,在日?;顒?dòng)時(shí)肌肉收縮牽引骨骼進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí),還起到了重要的杠桿作用。
也就是說,我們這個(gè)物種之所以能用兩只小腳穩(wěn)定住龐大身軀、靈活運(yùn)動(dòng)還能搬運(yùn)沉重的物品,很大一部分原因來自于我們身上復(fù)雜的肌肉結(jié)構(gòu)。
那么,這樣的結(jié)構(gòu)可以被復(fù)制到機(jī)器人領(lǐng)域嗎?
機(jī)器人的肌肉,應(yīng)該是由什么組成的?
目前主導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的一般都是液壓、電機(jī)這些傳統(tǒng)的供能形式,將電磁能進(jìn)行能量傳導(dǎo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),簡(jiǎn)單回憶一下挖掘機(jī)這一類大型機(jī)械的運(yùn)作方式,就能想象到今天的機(jī)器人是如何工作的。
我們?cè)谖锢碚n本上都學(xué)過,能量轉(zhuǎn)換是有一定效率的,易用能量產(chǎn)生轉(zhuǎn)換、難用能量在轉(zhuǎn)換過程中消失。相比機(jī)械能和電能的互相轉(zhuǎn)換,生物肌肉的能量來源是化學(xué)能,能量轉(zhuǎn)換效率更高。
這也一定程度上造就了生物肌肉的特質(zhì):強(qiáng)大的拉力(每平方厘米約有5Kg)、靈活的伸縮性(收縮和伸長(zhǎng)比率達(dá)到60%)以及極大的耐用性和自我修復(fù)能力。
相較之下,那些沉重的、僵硬的、還需要經(jīng)常修理的機(jī)械簡(jiǎn)直是弱爆了。于是從上個(gè)世紀(jì)40年代以來,科學(xué)家們一直在進(jìn)行人造肌肉方面的研究,試圖將肌肉組織的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備中去。
目前人造肌肉的形式大概有以下幾種。
氣動(dòng)類
氣動(dòng)人工肌肉可以說是人造肌肉里最為簡(jiǎn)單廉價(jià)的一種了,想象以下,在自己手臂下放置一個(gè)氣球,通過氣球不斷充氣,手臂自然也被氣球脹大的體積抬起來了。
氣動(dòng)類人工肌肉就是通過柔性材料模仿肌肉組織,加上氣壓的驅(qū)動(dòng)來模仿肌肉的柔軟、靈活和輕便。
MIT就曾推出過一種可壓縮軟骨架+密封袋+氣體/流體介質(zhì)的人造肌肉,模仿折紙結(jié)構(gòu)的彈性發(fā)力,能夠提起比裝置本身重1000倍的東西。