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06-21
随着柔性机器人的快速发展，人们越来越意识到，冰冷、僵硬只是我们对机器人的刻板印象。
近日，国际知名期刊《Soft Robotics》发表了哈尔滨工业大学冷劲松-教授团队与马里兰大学Norman M. Wereley教授团队的联合研究成果，题为Novel Bending and Helical Extensile/Contractile Pneumatic Artificial Muscles Inspired受象鼻启发的新型弯曲螺旋延伸/收缩气动人造肌肉）。
雷锋网获悉，上述研究团队受到象鼻的启发，研发出一种基于气动人工肌肉（PAM）的新型柔性机器人。
人造肌肉 在这项研究中，“气动人造肌肉”是一个核心要素。
雷锋网了解到，气动人工肌肉是人工肌肉的一种。
人造肌肉是一种电活性聚合物。
它是一种新型智能高分子材料。
它由缬氨酸、脯氨酸和甘氨酸三种氨基酸组成，根据生物学原理按一定顺序排列。
它可以在外部电场作用下穿过内部结构。
它根据变化而伸展、弯曲、收紧或扩张，与生物的肌纤维非常接近。
气动人工肌肉，从字面上讲，就是通过外部压缩空气驱动，进行推拉运动的人造肌肉。
它们具有灵活、轻便、绿色等优点。
这种材料重量轻（最小仅10克），但可以提供很大的力量。
用“四两斤”来形容最为贴切。
事实上，气动人工肌肉由于其类似于生物肌纤维的仿生编织结构和类似于骨骼肌的特性，已广泛应用于软体仿生机器人、变刚度静压骨骼等领域。
此外，这类材料在医学、机器人、军事、航天、光学等领域发挥着重要作用，具有巨大的商业潜力。
早在20世纪40年代，研究人员就开始研究这一领域。
今年7月，麻省理工学院研究团队还在《Science》杂志上发表论文，介绍了一种由两种热膨胀系数不同的高分子材料制成的新型人造肌肉：高密度聚乙烯和环烯烃共聚物弹性体。
一旦加热，这种人造肌肉就可以自由膨胀和收缩，并举起两倍于自身重量的物体。
这项研究还出现在本期《科学》杂志的封面上。
【气动人工肌肉图片来源百度百科】“象鼻”柔性机器人 近年来，不少研究团队以花瓣、猎鹰、蛇、鸽子、鱼、兔子等机器人为灵感，设计出了各种形式的柔性机器人。
此次，哈尔滨工业大学研究团队受到象鼻的启发，设计了一款新型柔性机器人。
研究团队指出，气动人工肌肉运动在一定程度上仅限于单轴收缩和拉伸，这也限制了其发展。
为此，团队在可伸缩气动人工肌肉的基础上设计了新型弯曲螺旋可伸缩气动人工肌肉（HE-PAMs/HC-PAMs）。
论文介绍，HE-PAM/HC-PAM主要由端部配件、弹性管、编织管和嵌入式柔性框架组成（如下图）。
当HE-PAM/HC-PAM膨胀时，它们会产生绕轴的弯曲和旋转运动，导致执行器发生螺旋变形，类似于我们在动物园看到的象鼻的弯曲和旋转运动。
膨胀和收缩的区别主要取决于“编织角”——当编织角>54.74度时，就是HE-PAMs（下图i）；当编织角<54.74度时，为HC-PAM（下图二）。
在此基础上，研究团队通过类似象鼻的高自由度柔性臂，探索了HE-PAMs/HC-PAMs在柔性机器人领域的潜在应用。
研究人员表示，HC-PAMs具有很强的输出和负载能力，而HE-PAMs可以产生更多的变形。
值得一提的是，本研究提出了统一的理论方法，将为其他研究者提供可靠的参考。
通过实验和分析，团队建立了气动人工肌肉的广义弯曲行为模型，并在理论框架内对轴向、弯曲和螺旋气动人工肌肉的特性进行了研究。
据了解，轴向、弯曲和螺旋气动人工肌肉可广泛应用于各个方向，如软体分类机器人、搜索机器人、生物机器人、运动辅助外骨骼、力反馈可穿戴设备等。
机器交互 事实上，人造肌肉材料已经成为当今研究的前沿和热点，这与人们对软体机器人领域日益关注是分不开的。
多年前，捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说中创造了“机器人”一词，该小说基于Robota（捷克语，意为“劳动、苦役”）和Robotnik（波兰语，意为“工人”）。
多年后，机器人不再只是僵硬、冰冷的机器。
柔性机器人正在进入我们的视野。
工业柔性机器人和生物柔性机器人是其两个主要分支。
雷锋网了解到，柔性机器人可以具备的特点包括材质柔软、环境适应性极佳、安全性超强、人机交互性好等。
正如香港科技大学机器人学院暨机械与航天工程系院长教授王宇在世界机器人大会上所说：与刚性材料相比，软质材料的交互性要强得多。
如果用软质材料制造新型机器人可能会开辟新的应用领域。
然而，要完美地结合上述特性还存在许多技术问题。
目前，研究人员也在寻求突破。
例如，中科院理化所研究员、清华大学教授学院刘静团队就考虑了室温。
液态金属在柔性机器人领域的应用；麻省理工学院的研究人员利用3D打印和液压驱动来驱动机器人运动。
虽然现阶段柔性机器人领域还比较“概念”，但其应用前景广阔，未来必将带来新的变化。
关于作者 雷锋网获悉，该论文的通讯作者为哈尔滨工业大学航空航天学院复合材料与结构研究所博士生导师冷劲松教授。
【来源：百度百科】从2008年开始，冷劲松教授就开始在哈尔滨工业大学开展智能材料系统与结构的研究。
主要研究方向包括智能材料系统与结构系统、光纤传感器、结构健康监测、复合材料结构设计与工艺技术、可再生能源等。
变翼飞行器、结构振动主动控制、光纤通信与微波光电器件、微机电系统等。
此外，冷劲松教授还担任International Journal of Smart & Nano Materials和《International Journal of Smart & Nano Materials》的主编。
《Smart Materials & Structures》、《Journal of Intelligent Materials Systems and Structures》等国际杂志副主编。
2011年入选教育部新世纪优秀人才计划，2016年入选长江学者杰出教授学者，当选欧洲科学院物理与工程系外籍院士（欧洲科学院院士）2008年。
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