科學家研發出新型柔性機器人 可以模仿人類肌肉

（圖片來源於：Mard Delachaux / 瑞士洛桑聯邦理工學院 2016）

引言

對於機器人的創新來說，柔性一直是業界關注的重點。之前，我們也介紹了多款柔性機器人。最近，瑞士洛桑聯邦理工學院的團隊，開發了一種柔軟、有彈性、可配置的機器人。它們是氣動的，能像人類肌肉一樣工作，可用於軀體康復訓練，由低成本材料製成，易於大規模生產。

新型柔性機器人

一般來說，機器人給我們的印象通常是「僵硬、快速、高效」。然而，瑞士洛桑聯邦理工學院的可重構機器人實驗室（RRL）的研究人員，卻在柔性機器人上實現了快速高效的概念。

柔性機器人，由肌肉般的制動器驅動，可用於以幫助人體移動。它們由彈性體構成，包括硅和橡膠，所以本質上是安全的。作為機器人身體的一部分，特殊設計的「軟氣球」，通過改變氣壓對機器人進行控制。一種可精確控制機器人各個模塊的機械行為的預測模型，最近在《自然 - 科學報告》上發表。

這些機器人可能的應用包括醫療康復訓練、處理易碎對象、仿生系統和家庭護理。RRL的主任 Jamie Paik 這麼認為：

「我們的機器人主要專註於安全。例如，如果你穿上由柔性材料構成的骨骼康復機器人，受傷的風險很小。」

制動器的控制模型

在論文中，研究人員展示了模型可以準確地預測一些列模塊（由隔間和三明治般的房間）如何移動。制動器的形狀像黃瓜，根據模型可以拉升至平時長度的5到6倍，且向兩個方向彎曲。

文章的領導作者 Gunjan Agarwal 說：

「我們進行了大量的模擬，開發了一種可以預測制動器根據形狀，厚度以及組成材料而發生的形變。」

其中一種制動器，由摺紙組成的厚紙殼覆蓋而成。這個測試顯示不同的材料都可以使用。

「彈性體結構具有高彈性，但是很難控制。我們需要預測它們如何形變，以及在哪個方向上發生形變。這些柔性機器人，很容易生產，但很難建模，我們一步一步地設計工具，能夠在線為機器人學家和學生提供服務。」

康復帶

除了這些模擬，RRL的研究人員開發了一種用於醫療的柔性機器人。這項研究在《柔性機器人》雜誌上發表。其中一項設計是一條帶子，由不同的充氣組件構成，可以保持病患在康復訓練期間直立，指導他們運動。

該項目的主管研究員 Matthew Robertson 稱，

「我們正和洛桑大學醫院治療中風患者（CHUV）物理療法進行合作。這條帶子可以支撐患者的軀體，恢復個人的運動靈敏性。」

這條帶子的制動器，是由粉紅色橡膠和透明魚線組成的。當空氣注入時，魚線的位置十分精準地引導模塊形變。

Robertson補充說，

「目前為止，帶子連接到外部泵系統。下一步就是使得系統小型化，讓它直接放置到帶子上。」

適應力強、可重構的機器人

柔性制動器的可能應用不止這些。研究人員使用它們開發適應力強的機器人，能夠在擁擠，艱巨的環境中開展調查活動。並且，因為他們完全柔軟，也能夠承受擠壓和衝擊。

Paik說，

「利用柔性制動器，我們可以重構設計各種各樣形狀的機器人，在不同的環境中運動。它們由廉價材料製成，可被簡單地進行大規模生產。這項成果將打開機器人領域的一扇新的大門。」

參考資料

【1】http://actu.epfl.ch/news/soft-robots-that-mimic-human-muscles/

【2】Gunjan Agarwal, Nicolas Besuchet, Basile Audergon, Jamie Paik.Stretchable Materials for Robust Soft Actuators towards Assistive Wearable Devices. Scientific Reports, 2016; 6: 34224 DOI: 10.1038/srep34224

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