鋼筋鐵骨般的機(jī)器人，你喜歡嗎？

在電影《機(jī)械姬》中，制造出全智能系統(tǒng)和超仿真機(jī)器人的科學(xué)家面對(duì)性能完備的機(jī)械骨骼，并沒(méi)有滿足，而是耗時(shí)良久，試用多種材料制作出“人造肌肉”，直到機(jī)器人與真人看起來(lái)毫無(wú)差異為止。其實(shí)，讓機(jī)器人有肌肉并不只是為了看起來(lái)美觀，更是為了執(zhí)行任務(wù)時(shí)的方便。比如，比利時(shí)的科學(xué)家就最新推出了一款“人造肌肉”，不僅讓機(jī)器人柔軟地對(duì)待接觸物體，還能讓它擁有自愈功能。

一個(gè)和手掌相似的軟氣動(dòng)執(zhí)行器

據(jù)外媒“新科學(xué)家”科技網(wǎng)站8月報(bào)道，迄今為止，人類制造出的機(jī)器人不是具備超人般的力量，就是有非常吸引人的外形或色彩。最近，一項(xiàng)來(lái)自比利時(shí)的科研成果為機(jī)器人添上了另一種新技能：自我修復(fù)。

長(zhǎng)久以來(lái)，機(jī)器人專家一直試圖用柔軟材料制造機(jī)器人，但這往往與當(dāng)初制造機(jī)器人的目的相違背。柔軟反而無(wú)法很好地執(zhí)行任務(wù)。但布魯塞爾自由大學(xué)研究者們創(chuàng)造出的軟體機(jī)器人卻能在“受傷”時(shí)完成“自愈”。

最新研究論文已發(fā)表于《機(jī)器人科學(xué)》雜志上，論文中研究者為證明新材料的“自愈”性能，創(chuàng)造出一個(gè)和手掌相似的軟氣動(dòng)執(zhí)行器。執(zhí)行器的“手腕”部位由鋼鐵制成，內(nèi)部擁有牽動(dòng)五根“手指”的智能機(jī)械線路系統(tǒng)?！笆种浮钡臉?gòu)造與普通機(jī)械手完全不同。包裹鋼鐵主干的是一種軟性透明材料，表皮看上去像果凍一樣。每根“手指”都有塊狀關(guān)節(jié)般的結(jié)構(gòu)，搭配“手腕”用力，就能輕易夾起汽車模型、橙子和小木塊等物體。

據(jù)歐盟“社區(qū)研究和發(fā)展信息服務(wù)”官方網(wǎng)站消息，研究者在這執(zhí)行器中使用的新材料是經(jīng)狄爾斯-阿爾德反應(yīng)制成的聚合物。這種聚合物又被稱為SH材料，它的內(nèi)部構(gòu)造是一個(gè)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。狄爾斯-阿爾德反應(yīng)允許分子形成新的鍵，如果材料發(fā)生破損，想要自愈，只需加熱到80攝氏度。在這樣溫和的熱度下，材料的交叉鏈將被打破，聚合物內(nèi)部的分子將擁有更多流動(dòng)性。這種流動(dòng)性將使分子自動(dòng)縮小損傷造成的間隙。當(dāng)溫度降低，材料冷卻之后，剛才的破損將完全恢復(fù)，幾乎沒(méi)有痕跡。

愈合能夠反復(fù)進(jìn)行，絲毫不影響機(jī)械性能

研究人員指出，即使執(zhí)行器的“手指”被撕開(kāi)或割斷，通過(guò)加熱方式，40分鐘后斷裂處就能融合。之后等材料冷卻到25攝氏度，放置24小時(shí)，受損機(jī)器的力量強(qiáng)度和機(jī)械靈活性也將恢復(fù)如初。更巧妙的是，這種愈合能夠反復(fù)進(jìn)行，絲毫不影響機(jī)械性能。

在實(shí)驗(yàn)中，研究小組首先基于新材料的恢復(fù)特性，開(kāi)發(fā)出三種能用于制造自愈式軟氣動(dòng)執(zhí)行器的部件，分別是：軟機(jī)器人手、能拾取物品的軟夾具和人造肌肉。其次，利用這三個(gè)部件，組裝成執(zhí)行器原型。由于全部使用了軟性材料，執(zhí)行器的彈性適中，并且具有很好的生物適應(yīng)性，非常接近自然屬性的手掌。

研究者稱，之所以制作出這樣一只柔軟無(wú)比的執(zhí)行器是因?yàn)樗鼙挥糜诎惭b到社交機(jī)器人身上。即便后者沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)先的編程設(shè)置，也能靈活利用執(zhí)行器完成任務(wù)。然而，一旦機(jī)器人到具體情境中開(kāi)始工作，它們很可能會(huì)遇到尖銳物體，比如樹(shù)枝、鋒利的金屬邊、破碎的玻璃、尖銳的硬塑料、甚至是一張紙的邊緣。此時(shí)，快速自愈的功能將為機(jī)器人的社交工作帶來(lái)極大便利。

此外，由于執(zhí)行器主要依靠收縮式氣動(dòng)來(lái)調(diào)整人造肌肉系統(tǒng)的運(yùn)作，當(dāng)氣體瞬間沖入“手掌”內(nèi)部時(shí)，將產(chǎn)生高水平的力量。這種超壓過(guò)程會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的磨損，導(dǎo)致表皮出現(xiàn)穿孔和泄漏的幾率大大提高。此時(shí)，由于材料特殊性的存在，無(wú)論是微觀切口，還是肉眼可見(jiàn)的宏觀損傷，都可以輕易愈合。

新應(yīng)用很可能對(duì)所有的工程化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響

自愈式軟氣動(dòng)執(zhí)行器非常適合用來(lái)采摘水果或蔬菜等精致的東西，或者用來(lái)處理分揀和包裝線中的精細(xì)物體。這意味著它在食品工業(yè)中更有發(fā)展前途。當(dāng)然，如果在工廠生產(chǎn)線中也引入執(zhí)行器，那它的柔軟性將有助于避免傷害事故的發(fā)生。

研究者補(bǔ)充指出，新發(fā)明使用的SH材料最早出現(xiàn)在2001年，是一個(gè)相對(duì)較新的名詞，現(xiàn)在用在手機(jī)保護(hù)屏上能自我修復(fù)劃痕的涂料就是使用了它。汽車工業(yè)和航空航天領(lǐng)域，以及可拉伸薄膜的制造也都有SH材料參與。人造肌肉其實(shí)是SH材料的拓展應(yīng)用之一，它甚至?xí)谄つw康復(fù)和假肢制作方面發(fā)揮重要作用。未來(lái)這款新應(yīng)用很可能對(duì)所有的工程化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響，特別是在機(jī)器人領(lǐng)域。

英國(guó)《連線》雜志官網(wǎng)也在8月份對(duì)該研究進(jìn)行了報(bào)道，報(bào)道指出，布魯塞爾自由大學(xué)的研究得到了歐洲研究委員會(huì)的支持，委員會(huì)對(duì)這項(xiàng)研究的影響寄予厚望。而研究團(tuán)隊(duì)更是在一份聲明中稱，希望人類能夠在機(jī)器人身上發(fā)展出一種信任，相信機(jī)器人的功能表現(xiàn)不再依賴于人類時(shí)時(shí)刻刻的照看。

羅素·特德雷克是麻省理工學(xué)院的電氣工程專家，他認(rèn)為現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)關(guān)系使得這項(xiàng)研究尤其令人興奮。無(wú)法自愈的缺點(diǎn)本身就是機(jī)械與生物之間的巨大鴻溝，如果在這個(gè)方向上有所進(jìn)步，將大大提高機(jī)械的穩(wěn)固性。顯然，他在這里闡述的完全是技術(shù)的發(fā)展程度，而非產(chǎn)品是否存在的問(wèn)題，畢竟我們很早就有了自愈式輪胎。

劍橋大學(xué)軟機(jī)器人研究員文也飯?zhí)飫t表示，該研究是領(lǐng)域內(nèi)的重要進(jìn)步，“人造肌肉”以及自愈式軟機(jī)器人技術(shù)帶來(lái)的自我恢復(fù)功能必然會(huì)讓以人為本的環(huán)境更安全。