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人造肌肉,想要一个吗

日期:2019-12-17编辑作者:澳门新葡8455手机版

图片 1受损的人造肌肉经过自修复,仍能保持原有性能。图片来源:参考文献[2] | 翻译:圆的方块

但是,科学家特别感兴趣的水凝胶的一个特征是它们如何模仿生物组织-不仅在静态特性方面,而且在受到刺激时还可以改变体积。

大白是一个医疗机器人,如果在材质上分类,他属于软体机器人。传统机器人大多采用金属或塑料等材料制造,给人的感觉总是“硬邦邦”的。而软体机器人往往非常柔软,整个机体能任意弯曲变形,可以在管道或窄缝等特殊场景中发挥用处。

资料来源:澳大利亚国立大学、《ADVANCED MATERIALS》

好吧,人赢,我服还不行吗!(编辑:明天)

图片 2

随后,研究人员用这一串串的空腔阵列,组装出了两种特殊的机器人。

根据ANU的说法,基于该材料可以在下一代软体机器人中应用。此外,水凝胶可以用作3D可打印墨水,并且可以按比例放大以生产更先进的医疗植入物和可以游泳的软体机器人。

参考文献:

  1. Rus, D., & Tolley, M. T. (2015). Design, fabrication and control of soft robots. Nature, 521(7553), 467.
  2. Terryn, S., Brancart, J., Lefeber, D., Van Assche, G., & Vanderborght, B. (2017). Self-healing soft pneumatic robots. Science Robotics, 2(9), 4268.
  3. Tee, B. C., Wang, C., Allen, R., & Bao, Z. (2012). An electrically and mechanically self-healing composite with pressure-and flexion-sensitive properties for electronic skin applications. Nature nanotechnology, 7(12), 825.

对于ANU研究,由化学研究学院副教授卢克·康纳尔领导的研究团队引入了动态化学键,这种化学键可使该材料像皮肤一样自愈,也可以充当人造肌肉。

如果软体机器人达到了使用目的,想要回收材料怎么办?这也好办。DA聚合物不但可以溶解于有机溶剂,还能被重新提取,所以,一旦达到使用寿命,软体机器人的这些自愈组件可以完全回收再利用。

水凝胶是3D聚合物结构,具有强亲水性,可以容纳90%以上的水。目前,它们已被用作生物工程,自灌伤口敷料,隐形眼镜,尿布,土壤保湿和假肢的支架等。

目前,制造软体机器人的材料通常是弹性高分子材料。这类材料弹性十足,然而却很容易受损,特别是出现了微小缺口的时候,极易“恶化”,形成大面积破损。这也是包装袋从小缺口处一撕就开的原理。

康纳尔说:“借助我们在水凝胶中设计的特殊化学物质,它可以像人的皮肤一样在断裂后自我修复。” “水凝胶通常较弱,但我们的材料是如此坚韧,可以轻易举起很重的物体,并且可以像人的肌肉一样改变其形状。这使我们的水凝胶适合于所谓的软体机器人中的人造肌肉。我们的水凝胶具有自我修复的能力以及很高的灵活性、强度和韧性,使其成为可穿戴技术和各种其他生物医学设备的理想材料。”

图片 3自修复气动夹具在夹取形状不规则的各种物体。图片来源:参考文献[2]

澳大利亚国立大学的一个研究小组开发了一种具有许多活体组织特性的果冻状材料。一种基于结合了酸-醚氢键和亚胺键的水凝胶。该材料是水凝胶的一种形式,不仅可以自我修复,而且非常坚固,并且可以改变其形状-使其模仿皮肤,韧带和骨骼等。

三年前,迪士尼出品了动画电影《超能陆战队》,其中的机器人大白,萌翻了广大群众。

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图片 4具有自修复能力的机器软手,即使戳破指头也不妨碍运动。来源:参考文献[2]

于是,科学家尝试了用DA聚合物膜作为人造肌肉的外壁。这层厚度仅为0.75mm的外壁,最高可承受高达37kPa的压力。相当于一平方米的这种薄膜,可以承受一头成年亚洲象的重量。即使被破坏了,这些人造肌肉也能自我修复,保持气密性,维持原有的性能[2]

第二种是气动夹具类机器人。这类夹具类似夹娃娃机的机器手,因为非常灵活,可以处理各种软物体或形状复杂的物品,比如用来分装水果或蔬菜。在这个过程中,水果的树枝等往往会对夹具造成损害。使用DA聚合物材料的夹具,不仅能够夹“万物”,还不怕这种日常磨损。

除此以外,研究者们还测试了自修复材料作为气动人造肌肉的潜力。这种人造肌肉经常用作机器人的动力装置,通过压缩和排出空气,可以产生很大的推力。当然,产生的力量越大,装置外壁需要承受的压力也就越大,这往往会导致磨损或泄漏,降低人造肌肉的生命周期。

生命周期长,还能被循环利用,可以说生的伟大,死的光荣了。

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