3D 打印的人造肌肉出现了,《西部世界》中的高仿真机器人还远吗?

摘要

哥伦比亚大学的研究人员展示了用 3D 打印来制造人造肌肉的方法,可提起自身重量 1000 倍的重物。

去年 HBO 的美剧《西部世界》为我们呈现了一个高度拟人化的机器人主题乐园,在虚拟的乐园中真实人类和机器人几乎无法区分,这一切的背后其实是高度成熟的机器人制造技术。《西部世界》片头中,机器人的身体组织都由专业机器来制造,而现在,来自哥伦比亚大学的研究人员也展示了用 3D 打印来制造人造肌肉的方法。


拟人机器人的困局

这些年来对于机器人的研究主要集中在智能化上,也就是让机器人拥有和人类一样的大脑,但直到今天我们还未看到一个高度拟人的机器人,其中一个原因就是,机器人的身体仍是机械的。现在这个难题终于被克服,新的人造肌肉可以被塑造为各种形状,并且还能够举起自身重量 1000 倍的重物。

由于无法满足高致动性和应变力的需求,大部分材料都不能代替软体肌肉组织,现有的软性材料通常是用气动或液压的方式来使其弹性表皮膨胀,这种方式需要外部的压缩机和调压设备支持。这些组件占用了大量的空间,很难用这些材料制造独立的小型机器。


用 3D 打印制造人造肌肉

为了让人造肌肉能够有高应变能力和适应性,研究人员用硅胶基质作为合成材料,有乙醇分散在微气泡中。这种解决方案结合了其他材料弹性大和可塑性强的特点,同时制造成本较低,由环保材料制成。新的人造肌肉应变能(物体在发生形变时贮存于其中的能量)比正常肌肉大 15 倍,可提起自身重量 1000 倍的重物。

用 3D 打印机制作出所需形状后,人造肌肉需要连接薄膜电阻丝以低功率启动。经过多种机器人的实际应用测试,表现出了十分强大的伸缩和运动能力,当电加热到 80℃时,可以膨胀到九倍大小。通过计算机控制,独立部件几乎能完成所有设计的运动任务。



软体机器人的未来

受生物体的启发,软体机器人在需要与人类接触和互动的领域有着巨大的前景,如制造业和医疗保健领域。与刚性机器人不同,软体机器人能够模仿人类的自然动作,被操纵进行运动,执行一些精细操作或抓取软的物体,提供医疗和其它类型的帮助。(我们之前还报道过 Grabit 用静电吸附的方式抓取材料。)

研究人员提到:「我们的软性材料可以被用于制造拥有强大力量的人造肌肉,它可以被拉伸、弯曲、扭转和支撑,这是和天然肌肉最接近的人造材料。」


研究人员的下一步是用导电材料来代替现在的电阻丝,这样可以加快肌肉的响应时间,延长使用周期。从长远来看,他们还计划用 AI 来控制肌肉运动,这是机器人模仿人类运动的一个重要进步,为高度拟人化的机器人到来奠定了基础。

头图来源:《西部世界》剧照

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