日本科學家研制出肌肉驅動的機器人
與機器人相比，人的身體更靈活，能夠進行精細運動，并能將能量有效轉化為運動。日本研究人員從人類步態(tài)中獲得靈感，將肌肉組織和人造材料結合在一起，制造了一款兩腿生物混合機器人，使得機器人能夠行走和旋轉。相關研究1月27日發(fā)表于《物質》。
“這是生物學和機械學的融合，作為以生物功能為特色的機器人技術新領域，生物混合機器人的研究最近引起了人們的關注。”論文通訊作者、日本東京大學的Shoji Takeuchi說，“使用肌肉作為致動器可以讓我們建造一個緊湊的機器人，并通過柔軟的觸感實現(xiàn)高效，無聲的運動。”
作為一種創(chuàng)新的兩足設計，該研究小組的兩足機器人建立在利用肌肉的生物混合機器人的傳統(tǒng)之上。肌肉組織驅動生物混合機器人向前緩慢行走和游泳，以及轉彎——但不是急轉彎。然而，能夠旋轉和急轉彎是機器人避開障礙物的一個基本特征。
為了制造一個動作精細、靈活的更敏捷的機器人，研究人員設計了一種模仿人類步態(tài)并能夠在水中操作的生物混合機器人。該機器人有一個泡沫浮標的頂部和加重的腿，以幫助它在水下站直。機器人的骨架主要由硅橡膠制成，可以彎曲和繃緊以適應肌肉運動。然后，研究人員將實驗室培養(yǎng)的條狀骨骼肌組織連接到硅橡膠和每條腿上。
當研究人員用電流刺激肌肉組織時，這些肌肉收縮，從而抬起了腿。當電流消散時，腿的腳后跟會向前并著地。通過每5秒鐘在左腿和右腿之間交替進行電刺激，生物混合機器人成功地以5.4毫米/分鐘的速度向前“行走”。為了轉彎，研究人員每5秒鐘反復電擊右腿，而左腿則充當錨。最終機器人在62秒鐘內完成了90度左轉。研究結果表明，這種肌肉驅動的兩足機器人可以行走、停止，并做出有規(guī)則的轉彎動作。
“目前，我們正在手動移動一對電極，分別對腿施加一個電場，這需要時間。”Takeuchi說，“在未來，通過將電極集成到機器人中，我們希望能更有效地提高速度。”
該團隊還計劃為雙足機器人提供關節(jié)和更厚的肌肉組織，以實現(xiàn)更復雜、更有力的運動。但Takeuchi說，在給機器人升級更多的生物部件之前，該團隊必須整合一個營養(yǎng)供應系統(tǒng)，以維持活體組織和設備結構，使機器人能夠在不確定性中操作。
“在實驗室例會上，當看到機器人在視頻中成功行走時，我們爆發(fā)了一陣歡呼。”Takeuchi說:“雖然它們看起來只是一小步，但實際上，它們是生物混合機器人的巨大飛躍。”
相關論文信息：
http://doi.org/10.1016/j.matt.2023.12.035
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