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哈佛大学开发出人造肌肉 成就“柔性机器人”

2016-07-29 11:49
苏子言岁月
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  像好莱坞大片《超能陆战队》中的机器人“大白”一样,“柔性”机器人(Softrobots)有许多优点。但柔性机器人往往存在一个问题——他们太慢了!

  控制驱使“柔性”机器人进行各种预定动作的人造肌肉叫做执行器。现有的执行器通常由液压或气压传动,有响应慢、能量储存难等缺点。

  介电弹性体作为绝缘性能良好的柔性材料可以代替气压执行器。然而,现有的介电弹性体需要复杂和低效的电路为其提供高电压,以及刚性部件来维持其形态——这两点都与柔性机器人的初衷背道而驰。

  现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(Harvard JohnA.Paulson School of Engineering and Applied Sciences,SEAS)的科研人员开发出了一种新型介电弹性体,并在《高等材料》(Advanced Materials)上发表了他们的科研成果。

  这种新型材料只需要很低的电压支持,而且不需要刚性部件,就可以实现大范围的运动。

  “我们认为这种材料有潜力成为制造柔性机器人的理想材料,”SEAS的研究生、同时也是论文的第一作者的米舒·杜图塔(MishuDuduta)如是说,“电力易于储存和传递,但此前的问题是,驱动柔性机器人执行器所需的电场太强。我们的研究通过降低驱动电压、提高能量密度,并去除刚性部件,成功解决了柔性执行器领域的许多问题。”

  图中为使用柔软、可延展的弹性体和碳纳米管电极夹层结构制造的人造肌肉。此类执行器可应用于制造可穿戴设备、柔性夹具、外科手术工具、柔性机器人以及其他机器人的柔性部件。图片版权:PeterAllen/HarvardSEAS

  杜图塔的论文共同作者还包括哈佛大学工程与应用科学学院教授罗伯特·伍德(RobertWood)以及材料学教授大卫·克拉克(DavidClarke)。在研发该新型介电弹性体的过程中,杜图塔所在的团队结合了两种单独使用时都表现良好的现有的材料。其中一种是基于加州大学洛杉矶分校(UCLA)研发的成果开发的无需刚性结构的弹性体,另一种是克拉克实验室开发的碳纳米管电极。这两种材料的特性互补,进而使新材料的性能优于传统的介电弹性体执行器。

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