给机器人一双温柔的手

时间:2018-05-31浏览:180

■学生记者 郑铁俊

近十年来,机器人行业得到了飞跃式的发展,越来越多的人投身于机器人的研发中,因此机器人也发展出了多种功能、多种形态,例如工业生产类的工业机器人、家庭服务类的服务机器人等等。

但是还有这么一类特殊的机器人,它们不像传统机器人一样拥有机械骨架,电动机、马达、汽油机、柴油机、发动机、液压缸等动力装置以及齿轮、连杆等传动装置,甚至没有了坚硬的外壳。它们被称为“软体机器人”。

那么,什么是软体机器人呢?“所谓的软体机器人,首先它是一个形象的概括,它的组成结构以及动力系统都是柔软的,就像橡胶或者果冻一样。”浙江大学航空航天学院、浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室李铁风老师解释,“软体机器人不再是钢性的结合,而是更像动物,通过模仿肌肉的舒张和收缩,以及软骨的连接来完成一系列的动作。但是,软体机器人并不是完全的柔软,它并不排斥硬体部件,就像人体有血肉也得有骨架。”

2012年,李铁风带领团队研制出一种新型的人工肌肉,这种人工肌肉是一种介电高弹体薄膜材料,在电压作用下,能够像肌肉一样收缩和舒张,并会迅速地膨胀,其面积可达到原来的16倍甚至更大,远超原有世界纪录。在之后的研究中,李铁风及其团队成功将这种人工肌肉应用到软体机器鱼的的制造中,颠覆性地利用水导电、漏电的缺点,将水的导电性作为机器鱼电路的一部分,使机器鱼能够在水中快速移动。

该软体机器鱼总重量90克,身长9.3厘米,模仿海洋生物鳐鱼(蝠鲼)的柔软身体与柔性扑翼推进,通过介电高弹体薄膜对交流电压的响应,将薄膜张力变化转化为机器鱼的扑动,从而通过柔性鳍获得水动力。

相较于传统的硬体机器人,软体机器人的优势明显。据李铁风介绍,第一,软体机器人柔软的质感更加贴合人体的触感,例如李铁风团队研制了一款适用于医疗康复领域的软体手套,患有疾病、无法用手抓握的病人可以通过佩戴这种手套定期做康复训练,以保持手部肌肉及神经的活性;第二,软体机器人具有柔软特性,更适合抓取柔软、脆弱的物品,比如葡萄、草莓等水果,并且可以保证其完好无损;第三,软体机器人性价比高,不需装载精密的动力以及传动装置的同时仍然可以保持良好的功能,成本低廉的同时实用性不受影响。

那么,机器鱼有什么现实应用前景呢?据了解,它们在水下探测、侦查以及海洋环境与生物信息监测等方面将大有可为。软体化、透明化可以大大提高机器鱼的环境适应效果,保证它可以更容易、安全地通过狭窄区域。全软体、高机动、长航时的机器鱼结构,也可为流体力学研究和水下智能器件设计提供良好的搭载平台。“以环境监测为例,我们制作的机器鱼,对环境有很高的适应性,可以作为一个温度、盐度和压力传感器在湖泊海洋中进行大量投放。”李铁风说。“由于软体机器人的研究才刚刚起步,各项技术尚不成熟,所以软体机器人无法实现高强度、高精准度、快速反应的操作。”在指出软体机器人尚有一些不足之处的同时,李铁风对软体机器人的未来发展充满信心,“我们正在想办法解决这些问题,我们也有信心去解决,软体机器人的核心就是仿生,那么它同样能够像动物肌肉一样精确并且具有爆发力。未来虽然软体机器人很难替代工业用机器人,但足以完成一些复杂的动作。”