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【工业之美】这款液体“肌肉”能让机器人像章鱼一样灵活

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【工业之美】这款液体“肌肉”能让机器人像章鱼一样灵活

“像章鱼一样灵活,像大象一样强壮,像蜂鸟一样敏捷。” 研究人员这样描述HASEL致动器。

图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

科罗拉多大学波尔得分校的机械工程师们设计出了一种名为“液压放大自愈式静电致动器”(hydraulically aplified self-healing electrostatic actutator,下称HASEL)的机器人肌肉。它不但可以适应更多的应用场景,还存在着自愈的可能。有了这种液体“肌肉”,机器人也可以动作得更“自然”。

相关研究成果发表在《科学》(Science)和《科学-机器人》(Science Robotics)上。

传统致动器主要由结构复杂的电机及齿轮箱组成,相比之下,HASEL的设计非常简单,该装置主体由多个装有油液并裹着电极的小袋子构成。

“我们用静电力来驱动液体,通过将电极吸在一起,把液体泵到袋子的其他部位。”科罗拉多大学波尔得分校的机械工程师 Nicholas Kellaris 表示。简单来说,HASEL致动器通过让袋子实现自我收缩,从而产生压力和动作。

HASEL可以抓起一枚覆盆子 图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

 在实验过程中,研究人员将多个单独的HASEL致动器组合在一起,打开电源时,HASEL向特定方向收缩,实现抓取功能,关闭电源后,恢复原状。

除了抓取,HASEL还能提起重物。在一款长方形的致动器上,三组袋子水平排列,每个袋子都在上半部分装有电极。施加电压时,油会被挤到下半部分,让下半部分向上卷起来,减少长方形的长度,举起连在下半部分的重物。

长方形hasel 致动器 图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

“像章鱼一样灵活,像大象一样强壮,像蜂鸟一样敏捷。” 研究人员这样描述HASEL致动器。

不过,HASEL在更加灵活敏捷的同时也更为脆弱。如果电压控制不当或使用不当,构成HASEL的袋子可能被电流击穿或者被尖锐物体刺穿。

对此,Kellaris 的研究团队决定用油作为“缓冲层”。“电流会穿过中间的液体,但是这些液体会立刻重新分布,再次成为绝缘体,确保设备可以继续工作下去。”研究人员表示。同时,Kellaris也尝试在HASEL致动器上应用可以自愈的机器人皮肤这一最新研究成果。

 “我们只需要10美分就能制造出一个HASEL致动器。” Kellaris表示,“在现有的工业制造水平下,HASEL所需要的原材料成本非常低,这让其更具推广价值和市场竞争力。”

下一步,研究人员将对袋子材料和袋子间的组合方式进行优化。这种液体肌肉或被应用于下一代义肢及需要机器人模拟人类动作的场景中。

“为了提高人类的生活水平和幸福指数,科学家们要研究出一种更灵活、更像人的机器人。”Kellaris称。

未经正式授权严禁转载本文,侵权必究。

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“像章鱼一样灵活,像大象一样强壮,像蜂鸟一样敏捷。” 研究人员这样描述HASEL致动器。

图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

科罗拉多大学波尔得分校的机械工程师们设计出了一种名为“液压放大自愈式静电致动器”(hydraulically aplified self-healing electrostatic actutator,下称HASEL)的机器人肌肉。它不但可以适应更多的应用场景,还存在着自愈的可能。有了这种液体“肌肉”,机器人也可以动作得更“自然”。

相关研究成果发表在《科学》(Science)和《科学-机器人》(Science Robotics)上。

传统致动器主要由结构复杂的电机及齿轮箱组成,相比之下,HASEL的设计非常简单,该装置主体由多个装有油液并裹着电极的小袋子构成。

“我们用静电力来驱动液体,通过将电极吸在一起,把液体泵到袋子的其他部位。”科罗拉多大学波尔得分校的机械工程师 Nicholas Kellaris 表示。简单来说,HASEL致动器通过让袋子实现自我收缩,从而产生压力和动作。

HASEL可以抓起一枚覆盆子 图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

 在实验过程中,研究人员将多个单独的HASEL致动器组合在一起,打开电源时,HASEL向特定方向收缩,实现抓取功能,关闭电源后,恢复原状。

除了抓取,HASEL还能提起重物。在一款长方形的致动器上,三组袋子水平排列,每个袋子都在上半部分装有电极。施加电压时,油会被挤到下半部分,让下半部分向上卷起来,减少长方形的长度,举起连在下半部分的重物。

长方形hasel 致动器 图片来源:科罗拉多大学波尔得分校

“像章鱼一样灵活,像大象一样强壮,像蜂鸟一样敏捷。” 研究人员这样描述HASEL致动器。

不过,HASEL在更加灵活敏捷的同时也更为脆弱。如果电压控制不当或使用不当,构成HASEL的袋子可能被电流击穿或者被尖锐物体刺穿。

对此,Kellaris 的研究团队决定用油作为“缓冲层”。“电流会穿过中间的液体,但是这些液体会立刻重新分布,再次成为绝缘体,确保设备可以继续工作下去。”研究人员表示。同时,Kellaris也尝试在HASEL致动器上应用可以自愈的机器人皮肤这一最新研究成果。

 “我们只需要10美分就能制造出一个HASEL致动器。” Kellaris表示,“在现有的工业制造水平下,HASEL所需要的原材料成本非常低,这让其更具推广价值和市场竞争力。”

下一步,研究人员将对袋子材料和袋子间的组合方式进行优化。这种液体肌肉或被应用于下一代义肢及需要机器人模拟人类动作的场景中。

“为了提高人类的生活水平和幸福指数,科学家们要研究出一种更灵活、更像人的机器人。”Kellaris称。

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