鋼筋鐵骨般的機器人，你喜歡嗎？

在電影《機械姬》中，制造出全智能系統(tǒng)和超仿真機器人的科學(xué)家面對性能完備的機械骨骼，并沒有滿足，而是耗時良久，試用多種材料制作出“人造肌肉”，直到機器人與真人看起來毫無差異為止。其實，讓機器人有肌肉并不只是為了看起來美觀，更是為了執(zhí)行任務(wù)時的方便。比如，比利時的科學(xué)家就最新推出了一款“人造肌肉”，不僅讓機器人柔軟地對待接觸物體，還能讓它擁有自愈功能。

一個和手掌相似的軟氣動執(zhí)行器

據(jù)外媒“新科學(xué)家”科技網(wǎng)站8月報道，迄今為止，人類制造出的機器人不是具備超人般的力量，就是有非常吸引人的外形或色彩。最近，一項來自比利時的科研成果為機器人添上了另一種新技能：自我修復(fù)。

長久以來，機器人專家一直試圖用柔軟材料制造機器人，但這往往與當初制造機器人的目的相違背。柔軟反而無法很好地執(zhí)行任務(wù)。但布魯塞爾自由大學(xué)研究者們創(chuàng)造出的軟體機器人卻能在“受傷”時完成“自愈”。

最新研究論文已發(fā)表于《機器人科學(xué)》雜志上，論文中研究者為證明新材料的“自愈”性能，創(chuàng)造出一個和手掌相似的軟氣動執(zhí)行器。執(zhí)行器的“手腕”部位由鋼鐵制成，內(nèi)部擁有牽動五根“手指”的智能機械線路系統(tǒng)?！笆种浮钡臉?gòu)造與普通機械手完全不同。包裹鋼鐵主干的是一種軟性透明材料，表皮看上去像果凍一樣。每根“手指”都有塊狀關(guān)節(jié)般的結(jié)構(gòu)，搭配“手腕”用力，就能輕易夾起汽車模型、橙子和小木塊等物體。

據(jù)歐盟“社區(qū)研究和發(fā)展信息服務(wù)”官方網(wǎng)站消息，研究者在這執(zhí)行器中使用的新材料是經(jīng)狄爾斯-阿爾德反應(yīng)制成的聚合物。這種聚合物又被稱為SH材料，它的內(nèi)部構(gòu)造是一個交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。狄爾斯-阿爾德反應(yīng)允許分子形成新的鍵，如果材料發(fā)生破損，想要自愈，只需加熱到80攝氏度。在這樣溫和的熱度下，材料的交叉鏈將被打破，聚合物內(nèi)部的分子將擁有更多流動性。這種流動性將使分子自動縮小損傷造成的間隙。當溫度降低，材料冷卻之后，剛才的破損將完全恢復(fù)，幾乎沒有痕跡。

愈合能夠反復(fù)進行，絲毫不影響機械性能

研究人員指出，即使執(zhí)行器的“手指”被撕開或割斷，通過加熱方式，40分鐘后斷裂處就能融合。之后等材料冷卻到25攝氏度，放置24小時，受損機器的力量強度和機械靈活性也將恢復(fù)如初。更巧妙的是，這種愈合能夠反復(fù)進行，絲毫不影響機械性能。

在實驗中，研究小組首先基于新材料的恢復(fù)特性，開發(fā)出三種能用于制造自愈式軟氣動執(zhí)行器的部件，分別是：軟機器人手、能拾取物品的軟夾具和人造肌肉。其次，利用這三個部件，組裝成執(zhí)行器原型。由于全部使用了軟性材料，執(zhí)行器的彈性適中，并且具有很好的生物適應(yīng)性，非常接近自然屬性的手掌。

研究者稱，之所以制作出這樣一只柔軟無比的執(zhí)行器是因為它能被用于安裝到社交機器人身上。即便后者沒有經(jīng)過預(yù)先的編程設(shè)置，也能靈活利用執(zhí)行器完成任務(wù)。然而，一旦機器人到具體情境中開始工作，它們很可能會遇到尖銳物體，比如樹枝、鋒利的金屬邊、破碎的玻璃、尖銳的硬塑料、甚至是一張紙的邊緣。此時，快速自愈的功能將為機器人的社交工作帶來極大便利。

此外，由于執(zhí)行器主要依靠收縮式氣動來調(diào)整人造肌肉系統(tǒng)的運作，當氣體瞬間沖入“手掌”內(nèi)部時，將產(chǎn)生高水平的力量。這種超壓過程會增加整個系統(tǒng)的磨損，導(dǎo)致表皮出現(xiàn)穿孔和泄漏的幾率大大提高。此時，由于材料特殊性的存在，無論是微觀切口，還是肉眼可見的宏觀損傷，都可以輕易愈合。

新應(yīng)用很可能對所有的工程化驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響

自愈式軟氣動執(zhí)行器非常適合用來采摘水果或蔬菜等精致的東西，或者用來處理分揀和包裝線中的精細物體。這意味著它在食品工業(yè)中更有發(fā)展前途。當然，如果在工廠生產(chǎn)線中也引入執(zhí)行器，那它的柔軟性將有助于避免傷害事故的發(fā)生。

研究者補充指出，新發(fā)明使用的SH材料最早出現(xiàn)在2001年，是一個相對較新的名詞，現(xiàn)在用在手機保護屏上能自我修復(fù)劃痕的涂料就是使用了它。汽車工業(yè)和航空航天領(lǐng)域，以及可拉伸薄膜的制造也都有SH材料參與。人造肌肉其實是SH材料的拓展應(yīng)用之一，它甚至會在皮膚康復(fù)和假肢制作方面發(fā)揮重要作用。未來這款新應(yīng)用很可能對所有的工程化驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響，特別是在機器人領(lǐng)域。

英國《連線》雜志官網(wǎng)也在8月份對該研究進行了報道，報道指出，布魯塞爾自由大學(xué)的研究得到了歐洲研究委員會的支持，委員會對這項研究的影響寄予厚望。而研究團隊更是在一份聲明中稱，希望人類能夠在機器人身上發(fā)展出一種信任，相信機器人的功能表現(xiàn)不再依賴于人類時時刻刻的照看。

羅素·特德雷克是麻省理工學(xué)院的電氣工程專家，他認為現(xiàn)實中的人機關(guān)系使得這項研究尤其令人興奮。無法自愈的缺點本身就是機械與生物之間的巨大鴻溝，如果在這個方向上有所進步，將大大提高機械的穩(wěn)固性。顯然，他在這里闡述的完全是技術(shù)的發(fā)展程度，而非產(chǎn)品是否存在的問題，畢竟我們很早就有了自愈式輪胎。

劍橋大學(xué)軟機器人研究員文也飯?zhí)飫t表示，該研究是領(lǐng)域內(nèi)的重要進步，“人造肌肉”以及自愈式軟機器人技術(shù)帶來的自我恢復(fù)功能必然會讓以人為本的環(huán)境更安全。

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