日本竟研究出了仿生机器人,目前已领先全球?而我国水平又如何?
机器人在我们的印象中,基本都是一种动作僵硬,机械感十足的类人机械。但日本却研究出一种可以依靠肌肉和骨骼运动的机器人,并且这种机器人动作非常的顺滑。看起来与一般人没有什么区别。
这种机器人是由日本的东京工业大学研制的,当它亮相的时候甚至震惊了全世界,它的存在不仅在以电机齿轮的老模式中做出突破,而这让世界上其他研究仿生机器人的,一度怀疑自己的研究方向是否有错。
在几年前,这所大学便已经向外界发出公告,称他们研究出来一种纤维管,可以模仿人类肌肉的纤维动作。但这个消息在当时并不是什么爆炸性的消息,因为在这个领域中,早已经有人成功研制出了能够模拟生物特性的成果。但随着机器人的发布,世界震惊了。让人难以置信的是,这种能够模仿人类肌肉纤维的纤维管,竟然还能够用来制作动作如此灵活的机器人。而且这个机器人的骨骼是模仿人类的骨骼构造来进行设计的,出了使用的材料比骨头轻外并没有太高的技术含量。整个机器人最关键的是,它那像橡胶管一样的肌肉纤维,竟然还能够带动骨骼的运动,在这之前没人敢想,但这所大学不仅敢想还成功的做了出来。 他们主要是利用了纳米级的纤维材料包裹在毫米级的橡胶软管上,以达到模拟人类身上不同肌肉群的效果,并由这些橡胶管之间的相互配合,使得机器人能在"肌肉"的带动下,完成一些简单的动作。
跟真正的人相比,它还有很多缺陷,例如要使得机器人处于直立状态,就得在骨架上用一条绳子吊起来。虽然它可以模仿很多人类的动作,但动作很迟缓,并且动作的精细程度也远远比不上人的动作。虽然它无法完成一些需要精确控制的动作,但这个原本是"天方夜谭"般的想法,被付诸现实,已经是一种重大的突破。意味着机器人开始脱离齿轮和机械,向着真正的类人型机器人迈出了一大步。
人造肌肉的概念在很早之前就已经有人提出,上世纪二战过后,日本就开始设立研究项目进行研制。但受制于生物科学和基础科学的发展限制,有很多的技术问题难以攻克。直到材料科学方面取得了重大突破,一些新型材料的面世,让这个计划有了成功的可能性。 人造肌肉的本质其实跟"热敏电阻"有些相似,都是在通电后材料本身出现了一些变化。只不过人造肌肉的变化是物理变化,会产生伸缩、扭动等动作状态,这些材料在通电后看起来像人的肌肉组织,于是就叫做人造肌肉了。这些材料的学名其实是叫做:新型智能高分子材料(电活性聚合物)。
这种材料大部分情况下分为两种,一种叫离子型,另一种叫电子型。电子型的优点是能够用直流电使材料发生形变,缺点就是要用较强的电压来使材料复原。离子型同样有其优缺点,好处就是它由于组成结构不同,是两个电极和电解液组成,可以通过离子的运动来达到形变的效果,缺点就是湿度得恒定不变,并且形变是不可控的。
在见识了日本的高新机器人后,不免为我国捏了一把汗。其实完全不用担心,我国在新型智能材料上的研究一直都处在世界前沿。 我国在09年的时候在《科学》杂志,发表了一条我国的科学家和美国科学家,一起研制出了一种新型的人造肌肉。这种人造肌肉的制作工艺非常高超,是由碳纳米管通过"加捻"制作的。优点在于可以通过附着在纺线上的活性壳状涂层,在通电后就可以激活涂层,达到驱动纺线的效果。和之前的工艺相比,响应速度大大提升,而且耗能还降低了,功能更是强大能达到正常肌肉的40倍强度。
在这之后,我国便一直对改项目就行改进升级。在今年的1月哈尔并工业大学取得了重大突破,通过改进离子型聚合物,将碳纳米管从双极驱动改善为单极驱动,解决了原先的电容限制问题,还达到了提效节能的目标。
相信在不远的未来,随着科学的不断发展,机器人的仿真程度或许真能像真人一样!