在人體的種種組織中,肌肉是其中的關鍵一類。肌肉的體積不僅僅關系著人的外表,在日?;顒訒r肌肉收縮牽引骨骼進行關節(jié)運動時,還起到了重要的杠桿作用。
也就是說,我們這個物種之所以能用兩只小腳穩(wěn)定住龐大身軀、靈活運動還能搬運沉重的物品,很大一部分原因來自于我們身上復雜的肌肉結(jié)構(gòu)。
那么,這樣的結(jié)構(gòu)可以被復制到機器人領域嗎?
機器人的肌肉,應該是由什么組成的?
目前主導機器人運動的一般都是液壓、電機這些傳統(tǒng)的供能形式,將電磁能進行能量傳導進行運動,簡單回憶一下挖掘機這一類大型機械的運作方式,就能想象到今天的機器人是如何工作的。
我們在物理課本上都學過,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。相比機械能和電能的互相轉(zhuǎn)換,生物肌肉的能量來源是化學能,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):強大的拉力(每平方厘米約有5Kg)、靈活的伸縮性(收縮和伸長比率達到60%)以及極大的耐用性和自我修復能力。
相較之下,那些沉重的、僵硬的、還需要經(jīng)常修理的機械簡直是弱爆了。于是從上個世紀40年代以來,科學家們一直在進行人造肌肉方面的研究,試圖將肌肉組織的優(yōu)勢應用到機械設備中去。
目前人造肌肉的形式大概有以下幾種。
氣動類
氣動人工肌肉可以說是人造肌肉里最為簡單廉價的一種了,想象以下,在自己手臂下放置一個氣球,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。