機器人可以做什么

本期導讀

機器人可以做什么?在餐廳做服務員上菜，亦或是掃地?這些簡單的操作機器人可以輕易實現。但讓機器人開門、擰瓶蓋這類精細復雜的動作，他們可以做到嗎?

距離機器人概念誕生已有一百余年，無數形形色色、各具功能的機器人產品不斷滲透到各行各業(yè)之中。在過去一個世紀中，受限于科技發(fā)展水平，人們始終在淡化甚至抹除“機器人”一詞在表象上的內涵，轉而訴諸其設計邏輯在功能和實用性上的體現。細細想來，機器人那冰冷、僵硬的形象早已深入人心，而高度仿生，柔軟靈動的機器產品仍然只是科幻作品中的“狂想”。

打開一扇門、擰開一個瓶蓋、走過崎嶇路面……這些對人類來說不過“舉手之勞”的動作，卻是“剛性”機器人久攻不下的“陣地”。傳統(tǒng)機械手臂至多5-6個自由度的設計極大限制了自身的能動性。但好在，人們總是善于從周圍環(huán)境攫取靈感，仿生機械手臂、機械寵物等產品的相繼問世，逐漸顛覆了人類對機器人的固有認知，而基于仿生原理的機械設計理念，也為現代機器人的發(fā)展提供了新的思路。

讓機械縱享絲滑

科學界早已證明，采用柔軟靈敏且功能強大的驅動技術的機器人在環(huán)境適應性、安全性以及人機交互方面有著無可比擬的優(yōu)勢，且隨著生物力學的發(fā)展，生物骨骼-肌肉結構的優(yōu)越性愈發(fā)引起各方的重視。在多方因素影響下，擺脫硬性動力、驅動裝置所束縛、模擬生物生理結構，從而創(chuàng)造出兼具柔性與靈活性的機械設備，幾乎成為柔性機器人發(fā)展的重要方向之一。

氣動肌肉驅動器具有與生物肌肉纖維相似的仿生編織結構，它用限制變形的支撐材料作為骨架，骨架內部是可膨脹的氣囊(或類氣囊)結構，通過氣囊的膨脹和收縮來執(zhí)行各種柔順的動作，這種結構繼承了氣動元件的基本優(yōu)點，同時還具備了結構簡單、高柔性和良好的仿生特征，多個氣動人工肌肉可以按任意方向、位置組合，無需整齊排列。而這樣看似“柔弱無骨”的輕薄架構，卻能輕松提供十倍、百倍于己的驅動力，可稱得上“四兩撥千斤”。而其中，McKibben型氣動人工肌肉擁有筒狀編制結構，內部的氣密彈性管兩端部和編制套的兩端部一起與兩端的連接附件相連，兩端的附件功能不僅用于傳力，也起密封作用。值得一提的是，憑借其柔順可控、功率/質量比大等優(yōu)點，McKibben型氣動人工肌肉已被廣泛應用于各類仿生實驗之中。

目前，氣動人工肌肉已經成為科學界的重要研究課題，在理想情況下，氣動人工肌肉不僅能夠應用于醫(yī)學領域，幫助病人恢復健康，還可以應用于分類機器人、搜索機器人、生物機器人、運動輔助外骨骼和力反饋可穿戴設備中。特別在理療康復領域中，氣動肌肉構成的康復理療裝置能夠為肌肉萎縮患者提供低成本有效治療，同時也能作為助力假肢，是目前氣動肌肉裝置落地產品的代表，已經有氣動人工小型醫(yī)療設備實現商品化。

未來可期

目前，基于氣動人工肌肉而設計的柔性機器人大多仍處于實驗室階段，在實際應用上還有待開發(fā)。但毫無疑問，它具有廣闊的市場應用前景，相信隨著時間的推移，在理論技術的深入支持下。能以可控方式在不同形態(tài)之間自由轉換，可代替人類執(zhí)行更為復雜任務的柔性氣動人工肌肉機器人終將落地，并為機器人行業(yè)帶來新的生命力與價值。

審核編輯：湯梓紅