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机器人驱动技术迎来革新,这款机械肌肉成本

发布时间:2022/12/31 14:52:17   
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长久以来,机器人的驱动技术一直没有革命性的进展,除了广泛应用的电动驱动方式,要么液压驱动、要么就气动驱动,但这三者都无法使机器人的动作做到和人一样灵巧,给人感觉十分死板。

而最近,来自科罗拉多大学博尔德分校的研究人员给我们带来新的机器人驱动技术—液压放大自愈式静电致动器,简称HASEL,它由多个内含油液外包电极的软质小袋子组成,当通电后,电极会释放电场驱动这些小袋子收缩,从而模拟人类肌肉收缩与膨胀。

这种全新的柔性机械肌肉,有望改变机器人的运动方式,使机器人变得和人一样灵巧,该研究成果以两篇论文的形式分别发表在1月5号的《科学》与《科学机器人》杂志上。

据悉,此次研究的负责人是科罗拉多大学博尔德分校机械工程助理教授ChristophKeplinger,Keplinger教授的研究方向主要集中在介电弹性体致动器和机器人领域。

早在年,Keplinger教授就开始了介电弹性体致动器的研究,这种材料用电极压缩橡胶实现来实现动作,但它却有着致命的缺点,就是一旦电力过大,就会短路,从而失效。

此次,Keplinger教授带领团队研发的这项技术,则解决了这个问题,液体绝缘层在电损伤后可以立即恢复绝缘性能,不会造成短路。同时,基于该技术研究团队设计了三种不同的机械肌肉。

在发表在《科学》上的论文中,研究人员先介绍了一种由一个个甜甜圈形状的致动器组成的机械肌肉。当通电时,制动器里面的液体会被推到边缘,形成甜甜圈的形状,利用这种特性,研究人员将它们分成两组,组成了一个可以夹东西的机械手。

紧接着,研究人员又介绍了另一种由多层高度可拉伸的离子导体组成的致动器,这些离子导体层中间含有一层液体,在通电时,这种致动器可以做线性收缩和膨胀。在实验模型中,使用该致动器的肌肉可以轻松循环提起3.79升的水。

而在发表在《科学机器人》杂志上的论文中,研究人员设计了一种有三个含有油液体的矩形小袋组成的致动器,该制动器的材料使用的是马铃薯袋,每个矩形小袋的上半部分贴有电极,当通电时,油液会被挤到下半部分,使得下半部分向上卷起,从而做出运动,在实验中,这种致动器肌肉,可以以超过人体肌肉的速度提起物体。

可以说HASEL的出彩之处很多,首先,它足够简单。其次,它的原料易得而且价格便宜。据研究人员透露,其成本可以做到10美分左右,按照现在的汇率,还不到人民币7毛钱。

但它却可以代替以往机器人身上的马达加齿轮箱的复杂结构,可以做到章鱼腕足的适应性、蜂鸟的速度和大象的力量,这在以往是不可想象的。

但这也不是说,HASEL没有缺点。首先,这种软致动器就结构强度来说,就比较脆弱。这意味着,一旦损坏,它就会失去动力。其次,由于HASEL完全靠电力维持动作,这在电池技术迟迟未有重大进展的今天,意味着机器人可能会更快地耗尽电力。

接下来,研究人员将会进一步优化材料,探索更佳的制造工艺,以求该技术能迅速的实现实际应用。



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