肌肉組織驅(qū)動的兩足機(jī)器人問世
與機(jī)器人相比，人類肢體極為靈活，能做出精細(xì)動作，并能有效地將能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動。受人類步態(tài)的啟發(fā)，日本研究人員將肌肉組織和人造材料結(jié)合在一起，制造出一款雙足生物混合機(jī)器人，可行走和旋轉(zhuǎn)。相關(guān)論文發(fā)表在26日的《物質(zhì)》雜志上。
雙足生物混合機(jī)器人。
圖片來源：東京大學(xué)竹內(nèi)研究室
論文通訊作者、日本東京大學(xué)教授竹內(nèi)昌治表示，生物混合機(jī)器人是生物學(xué)和力學(xué)的融合，這是以生物功能為特征的機(jī)器人新領(lǐng)域。使用肌肉作為執(zhí)行器，研究人員可建造一個(gè)緊湊的機(jī)器人，并通過柔軟的觸感實(shí)現(xiàn)高效、無聲的運(yùn)動。
該機(jī)器人擁有創(chuàng)新的兩足設(shè)計(jì)，建立在此前利用肌肉的生物混合機(jī)器人的基礎(chǔ)上。當(dāng)前，肌肉組織已可驅(qū)動生物混合機(jī)器人向前爬行、直線游泳和轉(zhuǎn)彎，但不能急轉(zhuǎn)彎。然而，能夠旋轉(zhuǎn)和急轉(zhuǎn)彎是機(jī)器人避開障礙物所需的基本特性。
為了建造一個(gè)動作更靈活、更精細(xì)的機(jī)器人，研究人員設(shè)計(jì)了一種模仿人類步態(tài)并在水中操作的生物混合機(jī)器人。該機(jī)器人有一個(gè)泡沫浮標(biāo)頂部和加重的腿，能幫助它在水下直立。機(jī)器人的骨架主要由硅橡膠制成，可彎曲以適應(yīng)肌肉的運(yùn)動。然后，研究人員將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的骨骼肌組織條連接到硅橡膠和兩條腿上。
當(dāng)研究人員用電刺激肌肉組織時(shí)，肌肉收縮，抬起腿；當(dāng)電流消失時(shí)，腳后跟向前著地。通過每5秒在左右腿之間交替進(jìn)行電刺激，生物混合機(jī)器人以5.4毫米/分鐘的速度完成了行走。
為了轉(zhuǎn)彎，研究人員每隔5秒反復(fù)敲擊一次右腿，同時(shí)以左腿充當(dāng)錨點(diǎn)。機(jī)器人在62秒內(nèi)完成了90度左轉(zhuǎn)。
研究人員表示，在為機(jī)器人升級更多生物組件之前，團(tuán)隊(duì)必須集成一個(gè)營養(yǎng)供應(yīng)系統(tǒng)，以維持活組織和設(shè)備結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人能夠在空氣中操作。
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