作者:朱向阳等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/5/12 18:06:26
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仿肌纤维阵列的新型人工肌肉

上海交通大学机器人所研究团队在国际著名学术期刊《National Science Review》发表了题为“Muscle-fiber array inspired, multiple-mode, pneumatic artificial muscles through planar design and one-step rolling fabrication”的研究论文。该论文报道了一种仿静水压骨骼肌肌纤维阵列的新型多模态气动人工肌肉,能够通过选择性驱动内部的主动气球阵列实现不同的运动模态,包括伸长、弯曲、螺旋、缩短、扭转以及它们的组合,同时提出了一种平面设计和卷曲成型方法,实现了人工肌肉三维结构的快速制造。上海交通大学博士后邹江为第一作者,上海交通大学朱向阳教授和谷国迎教授为论文的共同通讯作者,论文合作者还包括美国麻省理工学院方绚莱教授。

软体机器人主要由智能软体材料组成,能够通过自身的主动或被动变形自适应非结构化环境,是当今机器人学研究的前沿和热点。人工肌肉作为软体机器人的关键核心技术,受到了研究人员的广泛关注。然而,由于缺乏简单有效的设计与制造方法,现有的人工肌肉通常只能产生单一的运动模态,多模态人工肌肉的自动化设计与快速制造一直是该领域研究的难点。

静水压骨骼肌广泛存在于生物体组织中(如象鼻、人舌、章鱼触手等),能够通过选择性驱动不同的主动肌纤维阵列产生不同的驱动模态,包括伸长、缩短、弯曲和扭转等,赋予了生物组织无与伦比的灵巧性和全能性。以此为灵感,研究团队提出了一类仿肌纤维阵列的多模态气动人工肌肉。该人工肌肉主要由主动弹性体气球阵列和被动弹性体薄膜组成,能够通过选择性驱动不同方向的主动气球产生不同的运动模态,包括伸长、弯曲、螺旋、缩短、扭转以及它们的组合,同时提出了一种平面设计和卷曲成型方法,实现了人工肌肉三维结构的快速制造。

得益于这种平面设计和卷曲成型方法,该人工肌肉能够通过改变主动弹性体气球在被动二维弹性体薄膜上的位置和数量实现多模态运动,比如并联的伸长-弯曲-螺旋运动、并联的10个弯曲运动、串联的伸长-弯曲-螺旋运动。此外,平面设计和卷曲成型方法赋予了人工肌肉很强的可扩展性,比如集成不可拉伸的限制层实现缩短或扭转运动,以及组装柔性电极实现自传感功能。实验结果表明该多模态气动人工肌肉在软体机器人中具有广泛的应用前景,如环境探测、抓取或操作物体、管道爬行等。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab048

 
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