如果机器有肌肉,是由什么组成的呢?
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在人体的种种组织中,肌肉是其中的关键一类。肌肉的体积不仅仅关系着人的外表,在日常活动时肌肉收缩牵引骨骼进行关节运动时,还起到了重要的杠杆作用。
也就是说,我们这个物种之所以能用两只小脚稳定住庞大身躯、灵活运动还能搬运沉重的物品,很大一部分原因来自于我们身上复杂的肌肉结构。
那么,这样的结构可以被复制到机器人领域吗?
机器人的肌肉,应该是由什么组成的?
目前主导机器人运动的一般都是液压、电机这些传统的供能形式,将电磁能进行能量传导进行运动,简单回忆一下挖掘机这一类大型机械的运作方式,就能想象到今天的机器人是如何工作的。
我们在物理课本上都学过,能量转换是有一定效率的,易用能量产生转换、难用能量在转换过程中消失。相比机械能和电能的互相转换,生物肌肉的能量来源是化学能,能量转换效率更高。
这也一定程度上造就了生物肌肉的特质:强大的拉力(每平方厘米约有5Kg)、灵活的伸缩性(收缩和伸长比率达到60%)以及极大的耐用性和自我修复能力。
相较之下,那些沉重的、僵硬的、还需要经常修理的机械简直是弱爆了。于是从上个世纪40年代以来,科学家们一直在进行人造肌肉方面的研究,试图将肌肉组织的优势应用到机械设备中去。
目前人造肌肉的形式大概有以下几种。
气动类
气动人工肌肉可以说是人造肌肉里最为简单廉价的一种了,想象以下,在自己手臂下放置一个气球,通过气球不断充气,手臂自然也被气球胀大的体积抬起来了。
气动类人工肌肉就是通过柔性材料模仿肌肉组织,加上气压的驱动来模仿肌肉的柔软、灵活和轻便。
MIT就曾推出过一种可压缩软骨架+密封袋+气体/流体介质的人造肌肉,模仿折纸结构的弹性发力,能够提起比装置本身重1000倍的东西。