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2024-01-29 16:18:49

科学家设计出一种由肌肉组织驱动的两足机器人

导读 与机器人相比,人体灵活,能够进行精细动作,能够高效地将能量转化为运动。研究人员从人类步态中汲取灵感,通过结合肌肉组织和人造材料,制...

与机器人相比,人体灵活,能够进行精细动作,能够高效地将能量转化为运动。研究人员从人类步态中汲取灵感,通过结合肌肉组织和人造材料,制造出了一种两足生物混合机器人。该方法于 1 月 26 日发表在《Matter》杂志上 ,允许机器人行走和旋转。

东京大学的通讯作者 Shoji Takeuchi 表示:“生物混合机器人的研究融合了生物学和力学,作为具有生物功能的机器人学新领域,最近引起了人们的关注。” “使用肌肉作为执行器使我们能够构建紧凑的机器人,并通过柔软的触感实现高效、安静的运动。”

该研究团队的两足机器人是一种创新的双足设计,建立在利用肌肉的生物混合机器人的基础上。肌肉组织驱动生物混合机器人向前爬行、游泳和转弯,但不能急转弯。然而,能够枢转和急转弯是机器人避开障碍物的基本特征。

为了建造一个动作更灵活、动作更精细的机器人,研究人员设计了一种模仿人类步态并在水中操作的生物混合机器人。该机器人有一个泡沫浮标顶部和加重的腿,以帮助它在水下直立。机器人的骨架主要由硅橡胶制成,可以弯曲和伸缩以适应肌肉运动。然后,研究人员将实验室培养的骨骼肌组织条贴在硅橡胶和每条腿上。

当研究人员用电击打肌肉组织时,肌肉收缩,将腿抬起。当电流消散时,腿的脚后跟向前着地。通过每 5 秒在左右腿之间交替进行电刺激,生物混合机器人成功以 5.4 毫米/分钟(0.002 英里/小时)的速度“行走”。为了转弯,研究人员每 5 秒重复敲击一次右腿,同时左腿充当锚点。机器人在 62 秒内完成了 90 度左转。研究结果表明,肌肉驱动的双足机器人可以行走、停止和进行微调的转弯动作。

“目前,我们手动移动一对电极,分别向腿部施加电场,这需要时间,”竹内说。“未来,通过将电极集成到机器人中,我们期望更有效地提高速度。”

该团队还计划为双足机器人提供关节和更厚的肌肉组织,以实现更复杂和强大的运动。但竹内说,在用更多生物组件升级机器人之前,团队必须集成营养供应系统,以维持活体组织和设备结构,使机器人能够在空气中运行。

“当我们在视频中看到机器人成功行走时,在我们的例行实验室会议上爆发出欢呼声,”竹内说。“虽然它们看起来像是一小步,但事实上,它们是生物混合机器人的巨大飞跃。”