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弯曲机器人

了解用于机器人的仿生肌肉如何改变机器人手臂技术,有望实现更轻、更高效的太空任务。

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与人类手臂通过收缩和放松肌肉来移动不同,机器人手臂使用齿轮、液压系统和其他昂贵、笨重、耗电的部件。在太空(机器人将在许多 NASA 计划的任务中执行样本收集和维修工作),这种复杂性成了一个问题。沉重的物品发射成本更高,太空探测器上的电力供应也有限。所有这些都促使 Yoseph Bar-Cohen 尝试制造更好的机器人。他可能已经成功了。他创造了仿生肌肉,可以通过少量电力快速响应,伸长或弯曲,几乎像真的一样。

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Bar-Cohen 是加州理工学院喷气推进实验室的物理学家,他制造了两种不同类型的仿生肌肉。第一种作为机器人手中的肌肉工作。这种肌肉是一种柔性聚合物带,由碳、氟和氧分子的链组成。当 Bar-Cohen 向带的一侧施加电荷时,聚合物中的带电粒子会被推到远端。具有更多粒子的侧面变长,而另一侧变短。最终结果:带弯曲。使用四个这样的带,Bar-Cohen 制作了一个夹具,可以拿起一块石头,如左侧照片所示。

另一种类型的聚合物肌肉由薄片组成,这些薄片包裹成类似雪茄的圆柱体。当一张纸的一侧被赋予正电荷,另一侧被赋予负电荷时,这些聚合物就会伸展。这些电荷导致每个包裹的薄片向圆柱体的中心收缩,这种收缩迫使圆柱体纵向膨胀。当电源关闭时,绳子放松。这些聚合物可以推、拉和提升负载。

Bar-Cohen 的聚合物价格低廉、耐用,并且仅使用 50 毫瓦的功率。但有一个缺点:它们不是很坚固。他正在努力解决这个问题,但目前他坚持使用可以举起大约三分之一盎司的微型机器人。如果 Bar-Cohen 的聚合物被纳入喷气推进实验室正在为小行星探测制造的五英寸漫游车中,这应该就足够了。“我把它看作是一种进化,就像汽车或第一台电脑,”Bar-Cohen 说。“一旦你制造出这样的东西,它就没有终点了。”

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