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韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)科學(xué)家從生物肌肉—肌腱復(fù)合體中汲取靈感，研制出一款“智能人造肌肉”。它能同時(shí)執(zhí)行傳感和致動(dòng)功能，這一突破在下一代人形機(jī)器人領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)材料》雜志。

傳統(tǒng)人造肌肉和機(jī)器人致動(dòng)器，其致動(dòng)與傳感功能彼此割裂，常需額外加裝傳感器并依賴(lài)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，應(yīng)用因此受限。業(yè)界對(duì)新型“智能致動(dòng)材料”的渴求與日俱增。

為了破解這一難題，團(tuán)隊(duì)從生物肌肉—肌腱復(fù)合體中獲取靈感，研制出這款兼具感知與致動(dòng)雙重功能的“智能人造肌肉”。這項(xiàng)工作被認(rèn)為通過(guò)實(shí)現(xiàn)物理智能，為機(jī)器人致動(dòng)開(kāi)辟了全新范式。

新研制的人造肌肉由一種復(fù)合結(jié)構(gòu)組成，其中不同材料特性的液晶彈性體串聯(lián)在一起，分別模擬肌腱和肌肉的功能。隨后，團(tuán)隊(duì)將兩道液態(tài)金屬通道嵌入液晶彈性體內(nèi)，一條通道充當(dāng)主動(dòng)致動(dòng)器，通過(guò)加熱引起收縮；另一條通道則作為傳感器，精確檢測(cè)力與形變。這套系統(tǒng)不需要外部傳感器，即可在內(nèi)部感知收縮狀態(tài)并同時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。于是，這條智能肌肉便能同步處理運(yùn)動(dòng)信號(hào)與感覺(jué)信號(hào)。

團(tuán)隊(duì)已證明，配備了這種人造肌肉的機(jī)器人手指和抓取器，可以精細(xì)地抓取物體，并自主辨別其剛度和大小。尤其值得一提的是，通過(guò)將兩塊人造肌肉以相反方向配置為對(duì)抗組，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)收縮與放松的精確控制，展現(xiàn)了快速而準(zhǔn)確的致動(dòng)能力。

這項(xiàng)成果復(fù)制了生物肌肉的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與功能，讓機(jī)器人能以更靈活、更靈敏的方式與周遭環(huán)境互動(dòng)。預(yù)計(jì)它將在人形機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)和軟體機(jī)器人領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)目前正進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化與主動(dòng)冷卻技術(shù)，以提升人造肌肉的冷卻速度。