三維打印人造氣動肌肉問世 可支撐超過自身千倍的重量

科技日報(bào)北京8月31日電 (記者張夢然)意大利研究人員設(shè)計(jì)并制造了一種由3D打印結(jié)構(gòu)組成的人造氣動肌肉，其可根據(jù)需要伸展和收縮。據(jù)《科學(xué)·機(jī)器人》雜志報(bào)告，這是一種在單一打印過程中制造、由18種不同GRACE(能夠收縮和拉長的執(zhí)行器)組成的氣動手。

人造肌肉的創(chuàng)造是機(jī)器人領(lǐng)域追求的目標(biāo)之一，因?yàn)樵谧匀唤?，肌肉組織具有復(fù)雜的特征，從快速而有力的收縮，到形狀上微小而精確的變化都可靈活控制，還能進(jìn)行高度靈活的運(yùn)動。單個(gè)肌肉纖維只能實(shí)現(xiàn)收縮，盡管如此，但正是它們在復(fù)雜肌肉結(jié)構(gòu)中的特定排列才能實(shí)現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)和對抗運(yùn)動等關(guān)節(jié)變形。　　

研究小組此次從單個(gè)氣動執(zhí)行器開始嘗試進(jìn)行突破。每個(gè)執(zhí)行器都可通過其幾何形狀簡單地?cái)U(kuò)展、延伸和收縮，類似于帶有褶皺的主軸，包括一個(gè)可使用不同材料和不同尺寸進(jìn)行3D打印和制造的獨(dú)立單元。各種GRACE打印并組裝成復(fù)雜的架構(gòu)，以提供所需的運(yùn)動類型?！　?/p>

研究人員稱，這些GRACE可制成不同的尺寸，可改變它們在變形和強(qiáng)度方面的性能，還能用各種材料和技術(shù)制造它們，甚至內(nèi)置到要制造的結(jié)構(gòu)中?！　?/p>

研究人員利用商用3D打印機(jī)經(jīng)一次打印過程制造出了氣動手，并展示了GRACE的特性。打印氣動手所用的材料是一種軟樹脂，包含18個(gè)不同大小和形狀的GRACE，因此只需十分之幾帕的壓力，就可彎曲手指、扭轉(zhuǎn)手掌和旋轉(zhuǎn)手腕。氣動手重約100克，大小與人手相當(dāng)?！　?/p>

全新的設(shè)計(jì)使氣動手可支撐超過其自身1000倍的重量，具體取決于制造它們的材料。事實(shí)上，產(chǎn)生的力和所需的壓力可通過使用不同剛度的材料、修改構(gòu)成這些執(zhí)行器的膜的厚度來增加或減少，同時(shí)保持相同的收縮和伸展性能?！　?/p>

總編輯圈點(diǎn)　　

該成果的核心就是GRACE。這種執(zhí)行器不但能收縮和伸展，還可在不同的尺寸上、尺度上，用不同的材料和機(jī)械性能來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而完成前所未有廣泛且逼真的運(yùn)動。通過有效結(jié)合GRACE，科學(xué)家未來還可能3D打印出足夠強(qiáng)大和靈活的“軟體執(zhí)行器”，應(yīng)用范圍從生物多樣性保護(hù)，到老年人日常護(hù)理，讓這一人造設(shè)備真正做到與自然和社會環(huán)境相結(jié)合。