在人體的種種組織中，肌肉是其中的關(guān)鍵一類。肌肉的體積不僅僅關(guān)系著人的外表，在日常活動時(shí)肌肉收縮牽引骨骼進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動時(shí)，還起到了重要的杠桿作用。
也就是說，我們這個物種之所以能用兩只小腳穩(wěn)定住龐大身軀、靈活運(yùn)動還能搬運(yùn)沉重的物品，很大一部分原因來自于我們身上復(fù)雜的肌肉結(jié)構(gòu)。
那么，這樣的結(jié)構(gòu)可以被復(fù)制到機(jī)器人領(lǐng)域嗎？
機(jī)器人的肌肉，應(yīng)該是由什么組成的？
目前主導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動的一般都是液壓、電機(jī)這些傳統(tǒng)的供能形式，將電磁能進(jìn)行能量傳導(dǎo)進(jìn)行運(yùn)動，簡單回憶一下挖掘機(jī)這一類大型機(jī)械的運(yùn)作方式，就能想象到今天的機(jī)器人是如何工作的。
我們在物理課本上都學(xué)過，能量轉(zhuǎn)換是有一定效率的，易用能量產(chǎn)生轉(zhuǎn)換、難用能量在轉(zhuǎn)換過程中消失。相比機(jī)械能和電能的互相轉(zhuǎn)換，生物肌肉的能量來源是化學(xué)能，能量轉(zhuǎn)換效率更高。
這也一定程度上造就了生物肌肉的特質(zhì)：強(qiáng)大的拉力（每平方厘米約有5Kg）、靈活的伸縮性（收縮和伸長比率達(dá)到60％）以及極大的耐用性和自我修復(fù)能力。
相較之下，那些沉重的、僵硬的、還需要經(jīng)常修理的機(jī)械簡直是弱爆了。于是從上個世紀(jì)40年代以來，科學(xué)家們一直在進(jìn)行人造肌肉方面的研究，試圖將肌肉組織的優(yōu)勢應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備中去。
目前人造肌肉的形式大概有以下幾種。
·氣動類
氣動人工肌肉可以說是人造肌肉里最為簡單廉價(jià)的一種了，想象以下，在自己手臂下放置一個氣球，通過氣球不斷充氣，手臂自然也被氣球脹大的體積抬起來了。
氣動類人工肌肉就是通過柔性材料模仿肌肉組織，加上氣壓的驅(qū)動來模仿肌肉的柔軟、靈活和輕便。
MIT就曾推出過一種可壓縮軟骨架＋密封袋＋氣體／流體介質(zhì)的人造肌肉，模仿折紙結(jié)構(gòu)的彈性發(fā)力，能夠提起比裝置本身重1000倍的東西。
·智能材料類
智能材料包括很多種，例如可以通過高壓靜電驅(qū)動的電活化聚合物，或者能夠通過環(huán)境溫度變化而伸縮的凝膠等等。我們可以理解成一塊橡膠被包裹在液體之中，通過液體溫度的改變而產(chǎn)生熱脹冷縮。
科羅拉多大學(xué)博爾德分校的科研學(xué)者們就研究出了這樣一種材料裝置HASEL，利用廉價(jià)的塑料制品填充絕緣液體，再連接上電極，就可以在電壓通過時(shí)做出動作。在實(shí)驗(yàn)中，這種柔軟的材料有69％的拉伸度（這個數(shù)字已經(jīng)很接近生物肌肉了），并且能輕柔的抓起樹莓、生雞蛋這些脆弱的物體，不會像機(jī)械裝置那樣對物體產(chǎn)生破壞。而且這種材料非常廉價(jià)，制造一個能抓起雞蛋的HASEL只需要10美分。
·人工培養(yǎng)類
但論起喪心病狂來，還要看日本科學(xué)家。最近有新聞稱，日本東京大學(xué)等團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了世界上第一個生物肌肉機(jī)器人。附著在樹脂骨骼之外的并不是氣囊或凝膠，而是在培養(yǎng)皿中利用小鼠骨骼肌細(xì)胞培養(yǎng)出來的“真·肌肉組織”。
在電流的刺激下，單側(cè)肌肉可以進(jìn)行收縮運(yùn)動，帶動關(guān)節(jié)進(jìn)行彎曲。從而可以勾起一些物品。不過因?yàn)樯婕暗缴锝M織培養(yǎng)，這種人造肌肉的造價(jià)會十分昂貴，同時(shí)會發(fā)生肌肉僵直等問題，目前還屬于試驗(yàn)性質(zhì)。
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