614      機器人

壞了也不怕，機器人終於有“肌肉”了——未來機器人能夠反複自愈

由柔軟材料製成的機器人有各種各樣的潛在用途，比如用作醫療輔助工具等等，然而這種機器人有一個非常致命的缺點，那就是它很容易因為尖銳物體或者過度壓力而損壞。修複這些機器人需要花費大量時間，而且需要更換價格昂貴的部件。

鋼筋鐵骨般的機器人，你喜歡嗎？

在電影《機械姬》中，製造出全智能係統和超仿真機器人的科學家麵對性能完備的機械骨骼，並沒有滿足，而是耗時良久，試用多種材料製作出“人造肌肉”，直到機器人與真人看起來毫無差異為止。其實，讓機器人有肌肉並不隻是為了看起來美觀，更是為了執行任務時的方便。比如，比利時的科學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行器

據外媒“新科學家”科技網站8月報道，迄今為止，人類製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：自我修複。

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

最新研究論文已發表於《機器人科學》雜誌上，論文中研究者為證明新材料的“自愈”性能，創造出一個和手掌相似的軟氣動執行器。執行器的“手腕”部位由鋼鐵製成，內部擁有牽動五根“手指”的智能機械線路係統。“手指”的構造與普通機械手完全不同。包裹鋼鐵主幹的是一種軟性透明材料，表皮看上去像果凍一樣。每根“手指”都有塊狀關節般的結構，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。

據歐盟“社區研究和發展信息服務”官方網站消息，研究者在這執行器中使用的新材料是經狄爾斯-阿爾德反應製成的聚合物。這種聚合物又被稱為SH材料，它的內部構造是一個交聯網絡。狄爾斯-阿爾德反應允許分子形成新的鍵，如果材料發生破損，想要自愈，隻需加熱到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，材料冷卻之後，剛才的破損將完全恢複，幾乎沒有痕跡。

愈合能夠反複進行，絲毫不影響機械性能

研究人員指出，即使執行器的“手指”被撕開或割斷，通過加熱方式，40分鍾後斷裂處就能融合。之後等材料冷卻到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複如初。更巧妙的是，這種愈合能夠反複進行，絲毫不影響機械性能。

在實驗中，研究小組首先基於新材料的恢複特性，開發出三種能用於製造自愈式軟氣動執行器的部件，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，組裝成執行器原型。由於全部使用了軟性材料，執行器的彈性適中，並且具有很好的生物適應性，非常接近自然屬性的手掌。

研究者稱，之所以製作出這樣一隻柔軟無比的執行器是因為它能被用於安裝到社交機器人身上。即便後者沒有經過預先的編程設置，也能靈活利用執行器完成任務。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，由於執行器主要依靠收縮式氣動來調整人造肌肉係統的運作，當氣體瞬間衝入“手掌”內部時，將產生高水平的力量。這種超壓過程會增加整個係統的磨損，導致表皮出現穿孔和泄漏的幾率大大提高。此時，由於材料特殊性的存在，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。

新應用很可能對所有的工程化驅動係統產生巨大影響

自愈式軟氣動執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中更有發展前途。當然，如果在工廠生產線中也引入執行器，那它的柔軟性將有助於避免傷害事故的發生。

研究者補充指出，新發明使用的SH材料最早出現在2001年，是一個相對較新的名詞，現在用在手機保護屏上能自我修複劃痕的塗料就是使用了它。汽車工業和航空航天領域，以及可拉伸薄膜的製造也都有SH材料參與。人造肌肉其實是SH材料的拓展應用之一，它甚至會在皮膚康複和假肢製作方麵發揮重要作用。未來這款新應用很可能對所有的工程化驅動係統產生巨大影響，特別是在機器人領域。

英國《連線》雜誌官網也在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展出一種信任，相信機器人的功能表現不再依賴於人類時時刻刻的照看。

羅素·特德雷克是麻省理工學院的電氣工程專家，他認為現實中的人機關係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固性。顯然，他在這裏闡述的完全是技術的發展程度，而非產品是否存在的問題，畢竟我們很早就有了自愈式輪胎。

劍橋大學軟機器人研究員文也飯田則表示，該研究是領域內的重要進步，“人造肌肉”以及自愈式軟機器人技術帶來的自我恢複功能必然會讓以人為本的環境更安全。

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最後更新：2017-10-08 02:17:09

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