本文经AI新媒体量子比特（公众号ID：QbitAI）授权转载，转载请联系出处。随着软体机器人的快速发展，人们越来越意识到冰冷僵硬只是我们对机器人的刻板印象。近日，国际知名期刊SoftRobotics发表了哈尔滨工业大学冷劲松教授团队与马里兰大学NormanM.Wereley教授团队的联合研究成果，题为NovelBendingandHelicalExtensile/ContractilePneumatic受大象躯干启发的人造肌肉启发了用于拉伸/收缩气动人造肌肉的新型弯曲螺旋）。雷锋网了解到，上述研究团队受到象鼻的启发，研发出一种基于气动人工肌肉（PAMs）的新型柔性机器人。人工肌肉在这项研究中，“气动人工肌肉”是一个核心要素。气动人工肌肉是人工肌肉的一种。人造肌肉，即电活性聚合物，是一种新型智能高分子材料。它由缬氨酸、脯氨酸和甘氨酸三种氨基酸按生物学原理按一定顺序排列而成，在外加电场作用下可通过内部结构。伸展、弯曲、收紧或扩张，非常接近生物肌肉纤维。气动人工肌肉，顾名思义就是靠外部压缩空气驱动进行推拉运动的人工肌肉，具有灵活、轻便、绿色等优点。这种材料重量轻（最小10克），但可以提供很大的强度。用“千斤四两招”来形容更为恰当。事实上，由于具有类似生物肌纤维的仿生编织结构和类似骨骼肌的特性，气动人工肌肉已广泛应用于软体仿生机器人、变刚度静水力骨骼等领域。此外，这类材料在医学、机器人、军事、航空航天、光学等方面都有着重要的作用，具有巨大的商业潜力。早在20世纪40年代，研究人员就开始研究这一领域。2019年7月，麻省理工学院的研究团队还在《科学》杂志上发表了一篇论文，介绍了一种由两种不同热膨胀系数的高分子材料高密度聚乙烯和环烯烃共聚弹性体制成的新型人造肌肉，它可以自由伸缩，举起比自己重650倍的物体。这项研究还登上了最新一期《科学》杂志的封面。【气动人工肌肉来源百度百科】近年来，许多研究团队从花瓣、隼、蛇、鸽子、鱼、兔子等获得灵感，设计出形态各异的柔性机器人。机器人。受象鼻的启发，哈工大科研团队设计了一种新型软体机器人。研究团队指出，气动人工肌肉的运动在一定程度上仅限于单轴收缩和拉伸，这也限制了它的发展。为此，该团队在可伸缩气动人工肌肉的基础上设计了新型弯曲螺旋可伸缩气动人工肌肉（HE-PAMs/HC-PAMs）。根据该论文，HE-PAMs/HC-PAMs主要由端部配件、弹性管、编织管和嵌入式柔性框架组成（如下图所示）。HE-PAMs/HC-PAMs膨胀时，会产生绕轴的弯曲和旋转运动，导致执行器产生螺旋形变，类似于我们在动物园看到的象鼻的弯曲和旋转运动过程。拉伸和收缩的区别主要取决于“编织角”——当编织角>54.74度时，为HE-PAMs（下图i）；当编织角<54.74度时，为HC-PAMs（下图ii）。在此基础上，研究团队通过象鼻一样的高自由度柔性臂，探索了HE-PAMs/HC-PAMs在软体机器人领域的潜在应用。据研究人员介绍，HC-PAMs具有很强的输出和负载能力，而HE-PAMs可以产生更大的变形。值得一提的是，这项研究提出了统一的理论方法，将为其他研究者提供可靠的参考——该团队通过实验和分析建立了气动人工肌肉的广义弯曲行为模型，并在同轴、在理论框架内研究弯曲和螺旋气动人工肌肉。据了解，轴向型、弯曲型和螺旋型气动人工肌肉可广泛应用于软体分类机器人、搜索机器人、生物机器人、运动辅助外骨骼、力反馈可穿戴设备等多个方向。增强人机交互的软体机器人事实上，人造肌肉材料成为当今研究的前沿和热点，这与人们对软体机器人领域的日益关注是分不开的。100年前，捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中创造了“机器人”一词，取材于Robota（捷克语“劳动、苦工”）和Robotnik（波兰语“工人”）。100年后，机器人不再只是僵硬冰冷的机器。软体机器人正在进入我们的视野。工业软体机器人和生物软体机器人是其主要的两个分支。雷锋网了解到，软体机器人可以具备的特性包括材质柔软、环境适应性优异、安全性超强、人机交互性好等。正如香港科技大学机器人研究所所长、机械与航天工程系教授王宇在2018世界机器人大会上所说：与刚性材料相比，软材料的交互性要强得多.一种新的机器人可能开辟新的应用领域。但是，要同时完美地结合上述特点，还存在很多技术难点。目前，研究人员也在寻找突破口。液态金属在柔性机器人领域的应用；麻省理工学院的研究人员已经使用3D打印和液压驱动来驱动机器人运动。虽然现阶段柔性机器人领域还比较“概念化”，但其应用前景广阔，未来必将带来新的变化。作者简介雷锋网了解到，该论文的通讯作者为哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所博士生导师冷劲松教授。【图片来源百度百科】1992年起，冷劲松教授开始在哈尔滨工业大学开展智能材料系统与结构方面的研究。主要研究方向：智能材料系统与结构系统、光纤传感器、结构健康监测、复合材料结构设计与工艺技术、可变翼飞行器、结构振动主动控制、光纤通信与微波光电器件、微电子-机械系统等。此外，冷劲松教授还是InternationalJournalofSmart&NanoMaterials的主编，SmartMaterials&Structures、JournalofStructures等国际期刊的副主编。智能材料系统和结构。2006年入选教育部新世纪优秀人才计划。2007年入选长江学者特聘教授。In2018,hewaselectedasaForeignAcademicianoftheDepartmentofPhysicsandEngineeringoftheEuropeanAcademyofSciences(MembersoftheAcademiaEuropaea).
