在曩昔的幾十年里，擬人機械人固然在長相方面成長迅猛，曾經(jīng)看起來和人類非常類似，但有一點它們倒是毫無停頓的：舉措。因為它們是由機電驅(qū)動的，明天最早進的機械人還和《星球年夜戰(zhàn)》外面的 C-3PO 一樣，舉措異常僵硬。

我們該若何讓機械人也能夠像人類一樣完成行云流水般的舉措呢？這就是一個名為軟機械人（soft robotics）的新興范疇的目的了：為機械帶來更“天然”的舉措。

近日，在《迷信》和《迷信-機械人》學刊中揭橥的兩篇論文描寫了一種全新的機械人“肌肉”。這類“肌肉”的全名叫“液壓縮小自愈式靜電致動器”（hydraulically amplified self-healing electrostatic actutator），簡稱“hasel”。固然有多個分歧的設(shè)計，然則 hasel 根本上就是一個內(nèi)含油液，里面裹著多個電極的小袋子。當這些電極被電流激起后，它們將釋放電場，驅(qū)動致動器開端收放。

這類致動器在力氣和效力方面與人類肌肉非常接近，并可以在一秒鐘以內(nèi)完成屢次壓縮。是以，應(yīng)用這類“肌肉”驅(qū)動的義肢在舉措大將會更切近天然肢體。信任有一天，這類肌肉將可以驅(qū)動力年夜無限卻非常柔嫩的機械人，如許我們就不用擔憂它們?nèi)蝿?wù)時會一不當心戳傷本身的同事。

“我們只是在用靜電力來驅(qū)動液體，經(jīng)由過程將電極吸在一路把液體泵到袋子的其他部位”，科羅拉多年夜學波爾得分校的機械工程師 Nicholas Kellaris 說道。前文提到了一篇在《迷信-機械人》上揭橥的論文，該論文的重要作者就是 Kellaris。簡略來講，hasel 致動器可以自我壓縮，“而經(jīng)由過程讓袋子變形致動，將發(fā)生壓力和舉措”。

固然，這其實不是市場上獨一一種用緊縮空氣或液體來完成活動的軟致動器，然則其他的致動器都須要有一個外置容器來包容這些氣體或液體，然后用一根長長的管子將它與致動器銜接起來。hasel 致動器則可以直接應(yīng)用袋子內(nèi)的（變壓器）油。這意味著它的反響速度將遠超其他的軟致動器。

圖 | 這類叫“hasel”的新型致動器可以輕松地拿起一枚覆盆子

作為試驗，研討人員們制作了一個圓形的 hasel 致動器，在動員時會它成為一個“甜甜圈”。“當我們在致動器的一段釋放電場時，它將把液體推出所謂的‘非運動區(qū)域’”，在《迷信》上揭橥的那篇論文的主作者、科羅拉多年夜學波爾得分校的機械工程師 Eric Acome 說道。這個成果最直不雅的顯示就是圓圈中央的油被推到了邊沿，即構(gòu)成甜甜圈的外形。研討人員們把多個“甜甜圈”致動器分為兩組，用每一個致動器代表一根手指，勝利地做出了一個可以悄悄地拿起一枚覆盆子的機械人手。

假如你認為悄悄地拿起一枚生果沒成心思，研討人員們還制作了一種可以抬起重物的機械人“肌肉”。這類長方形的致動器是由三組程度分列的袋子構(gòu)成，而每一個袋子都在上半部門裝有電極。當施加電流時，油會被擠到下半部門，讓下半部門向上卷起來。如許便會削減全部長方形的長度，舉起連鄙人半部門的重物。研討人員可以隨意馬虎地經(jīng)由過程增長致動器的數(shù)目來進步“肌肉”的力氣。（你在家也能夠用一個密封的塑料袋來試驗：只需在外面略微吹口吻，密封放平，然后把一半下壓，另外一半就會卷向你）。

圖 | 可以抬起重物的長方形hasel 致動器

力氣壯大，又非常精準，hasel 致動器的確無敵了。豈非它沒有弱點嗎？

其實，完成hasel 致動器最年夜的難點就在于驅(qū)動它的電力。電力其實不是一種溫順的力氣，特別是當它用來掌握軟機械人所應(yīng)用的精致資料時。其實，今朝已有一種任務(wù)道理與 hasel 非常類似的致動器，用電極緊縮橡膠完成舉措。但是，這類致動器很輕易短路，特殊是當電力過年夜，發(fā)生穿透橡膠的電弧時，全部體系都邑瓦解。

這就是 hasel 致動器為什么要應(yīng)用油的緣由。“它會穿過中央的液體，然則這些液領(lǐng)會連忙從新散布，再次成為絕緣體，而這個裝備則可以持續(xù)任務(wù)下去”，科羅拉多年夜學波爾得分校的 Tim Morrissey 說道。簡略來講，袋子中的油有著盾牌的功效，不會像別的那種橡膠一樣被擊碎。

hasel 的出眾的地方在于它簡略的設(shè)計。傳統(tǒng)的致動器常常是一個龐雜的機電外帶一個龐雜的齒輪箱。而 hasel 則只是一個充斥了油的袋子和一些電極。

不外，因為軟機械人遠比傳統(tǒng)的機械人軟弱，軟機械人的設(shè)計師必需斟酌它們的軀體被刺穿從而喪失動力的能夠。所以，軟機械人范疇另外一年夜值得攻關(guān)的困難是——可以自愈的皮膚。好在這一困難今朝已取得初步結(jié)果，而 hasel 的團隊則正在試圖將這類自愈才能添加到 Hasel 致動器上。

當軟機械人的靠得住性、平安性、適用性到達必定級別時，它們將在短時光內(nèi)融入我們的社會與生涯中。因為軟機械人可以與人類協(xié)調(diào)同事，這意味著它們不會搶走人類的任務(wù)。固然，它們總有一天會成為我們的同伴，豈論是任務(wù)上的，照樣生涯上的。