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  • 荣登科学杂志封面,日本团队用活体肌肉研发手指机器人

     

    我们眼中的灵活机器人就是软体机器人,他们的运动原理与刚性机器人相比,不用马达或者液压等传统机动形式,而是模仿人或者动物的肌肉来做动作或者是用环境的变化来获取动力,如温度、空气以及光照等方式。

    近日一则消息,日本东京大学等研究团队在美国科学杂志上发布论文称,使用人工培育的肌肉组织和树脂骨骼研发出能像手指一样活动的机器人,并且这个项目成果登上了科学杂志的封面。

    机器手指上看起来软软粉粉的,实际上它就是有血有肉的真肌肉,肌肉来自于团队的培养制作,通过含实验鼠骨骼肌细胞的溶液制作出长方形肌肉薄片,叠加薄片培育出长约8毫米的肌肉组织。

    然后团队将这些实验室繁殖的组织与手指形状树脂骨骼两面组合以形成类似于人手指的结构,制成全长近3厘米的机器人。这个小手指可以做什么?如图所示。

    看动图的简单动作,感觉没什么好稀奇的,机器人颤颤巍巍弯曲手指将塑料戒指取出然后移到旁边的圆柱放下。两个机械手指协同提起塑料小片。

    虽然动作简单,但对于生物机器人领域来讲具有划时代的突破。因为它使用的是真正的骨骼肌肉组织,并且它比以往利用独立肌肉组织进行收缩运动的构造更为耐久。

    唯一有缺憾的是目前手指机器人还只能在溶液中活动,溶液中的养分浸透到肌肉中,从而可以让肌肉内部的组织正常活动。

    研究人员称将来有可能为它覆盖上皮肤构造等,使其暴露在空气中也不会导致肌肉内部组织干燥,从而实现在暴露在空气中活动。

    这个手指机器人可以弯曲的运动原理就是通过电刺激单侧肌肉收缩,关节的零部件会动,然后机器手可以像指尖一样抬起。

    此前曾有团队把肌肉装在机器人中,但肌肉在数天后便会变得僵硬。研究人员发现,用电极刺激肌肉最终会导致肌肉因电解而变性。团队成员在构造上费了一番功夫,使他们研发的肌肉能够活动一周,令机器人的活性肌肉耐久性得以实现。

    一周的使用寿命能干什么?听起来还是感觉烧钱烧的慌,但制作团队表示他们将金属机器人初步与灵活肌肉组装融合在一起,展示了一种在机器人关节上维护生命组织的方法,为那些研究假肢和电子人的未来提供了希望。

    “如果我们可以将更多的这些肌肉结合到一个单一的设备中,我们应该能够复制出允许手、手臂和身体其他部位形成的复杂的肌肉相互作用。”研究员 Yuya Morimoto预测。“我们相信在未来,我们将创建一个结构更复杂的生物混合型机器人。”

    日本人对人形机器人的研制有蜜汁痴迷。此前日本东京大学研制的会出汗的机器人,不知道大家还记得这个新闻吗?AI星球也报道过,贴心链接:【趣闻】能做俯卧撑,还会“累”的流汗,这个机器人成精了!

    这个机器人的亮点不仅仅在于能够模仿人的排汗系统,解决自身散热的问题。他的灵活性也大大秒杀市场的大多类人机器人。

    这个机器人来自于日本东京大学的JSK实验室,研究团队十多年来一直致力于研究肌肉组织的运动情况及其同骨骼的兼容性,开发着世界上最接近人体构造的人形机器人。

    与出汗机器人腱悟郎极度相似的第四版机器人腱志郎,总共拥有160块肌肉,每条腿上有25块肌肉,肩膀上6块,躯干有76块,而颈部有22块。

    它的肌肉由图中这样类似滑轮组的结构构成,外形比较扁宽,仅仅需要一个电机就可以驱动。这个 “肌肉”都是人工制造的纤维、橡胶等材质组成,其稳定性与使用寿命确实比拥有真正肌肉的机械手优秀很多。

    他还安装了合成的肌腱和关节,膝关节处甚至还安有十字型的韧带和半月板,完全模仿人类的骨架和肌肉结构,关节的设计非常自由,给整个机构的灵活性带来了质的飞跃。

    所以看他转头,行走,做俯卧撑,仰卧起坐、打羽毛球等这些运动感觉几乎与真人无异,正是这些大量的肌肉协调才使得他的运动流畅灵活。

    为机器人创造“肌肉”这件事,科学家们一直在努力。未来人形机器人设计或许将取消钢板和塑料,可能会产生肌肉机械混合手、手臂甚至腿,而这些混合生物机器人技术在康复医疗领域将会为千千万万的人带来曙光。

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