黑科技!三維打印人造肌肉問世,可支撐超自身千倍重量

2022年09月02日08:53

  當地時間2022年8月31日,意大利利古裡亞大區熱那亞,意大利科學家近日製造出了3D打印的氣動手部肌肉,可以根據需要伸展和收縮。這是由意大利熱那亞理工學院和比薩聖安娜高等學校的研究人員設計的GRACE執行器。研究人員在最初的演示中展示了該驅動器的多功能性,一個由18種不同的GRACE執行器組成的氣動手(能夠收縮和拉長的執行器),被3D打印出來。

  意大利研究人員展示了執行器的多功能性,這是一個由18種不同GRACE組成的氣動手,採用單一打印工藝製造。

  研究人員利用商用3D打印機經一次打印過程製造出了氣動手,並展示了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、扭轉手掌和旋轉手腕。氣動手重約100克,大小與人手相當。 全新的設計使氣動手可支撐超過其自身1000倍的重量,具體取決於製造它們的材料。

  GRACE執行器不但能收縮和伸展,還可在不同的尺寸上、尺度上,用不同的材料和機械性能來實現,進而完成前所未有廣泛且逼真的運動。通過有效結合GRACE,科學家未來還可能3D打印出足夠強大和靈活的“軟體執行器”,應用範圍從生物多樣性保護,到老年人日常護理,讓這一人造設備真正做到與自然和社會環境相結合。

  人造肌肉的創造是機器人領域追求的目標之一,因為在自然界,肌肉組織具有複雜的特徵,允許高度靈活的動作,從快速有力的收縮到微小而精確的體型變化,如人類面部表情的變化都可靈活控製,還能進行高度靈活的運動。雖然單個的肌纖維只能收縮,但正是它們在複雜的肌肉結構中的特定排列,才使得關節產生彎曲、扭轉和對抗運動等關節變形。

  研究小組此次從單個氣動執行器開始嚐試進行突破。每個執行器都可通過其幾何形狀簡單地擴展、延伸和收縮,類似於帶有褶皺的主軸,包括一個可使用不同材料和不同尺寸進行3D打印和製造的獨立單元。各種GRACE打印並組裝成複雜的架構,以提供所需的運動類型。

  研究人員稱,這些GRACE可製成不同的尺寸,可改變它們在變形和強度方面的性能,還能用各種材料和技術製造它們,甚至內置到要製造的結構中。

  該研究的第一作者Corrado De Pascali評論道:“它們的尺寸是由所使用的製造技術所限制的。”他是印度理工學院熱那亞生物仿生軟機器人實驗室和比薩聖安娜高等學校生物機器人研究所的博士生。“它們可以被建造成不同的尺寸,我們可以改變它們的性能。”

  內容綜合:科技日報 視覺中國

  本文圖片:視覺中國

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