日本團(tuán)隊(duì)制成由肌肉組織驅(qū)動的兩足機(jī)器人
更新時(shí)間：2024-2-5 16:21:41 來源：新華社
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日本研究人員從人類步態(tài)中獲得靈感，將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的肌肉組織和硅橡膠等人造材料結(jié)合在一起，制造了一款可以行走和旋轉(zhuǎn)的兩足機(jī)器人。該方法近日發(fā)表在細(xì)胞出版社旗下刊物《材料》雜志上。
日本東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的這款機(jī)器人是基于此前利用肌肉組織的生物混合機(jī)器人開發(fā)的，肌肉組織已可驅(qū)動機(jī)器人向前爬行、直線游泳和緩慢轉(zhuǎn)彎，但不能急轉(zhuǎn)彎，而能夠旋轉(zhuǎn)和急轉(zhuǎn)彎是機(jī)器人避開障礙物所必需的特性。
為了制造一個(gè)動作更精細(xì)靈活的機(jī)器人，研究人員以上述研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種模仿人類步態(tài)并能在水中操作的生物混合機(jī)器人。該機(jī)器人有一個(gè)泡沫浮標(biāo)頂部和兩條加重的腿，能幫助它在水下直立。機(jī)器人的骨架主要由硅橡膠制成，可以彎曲和繃緊以適應(yīng)肌肉運(yùn)動。然后，研究人員將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的條狀骨骼肌組織連接到硅橡膠和每條腿上。
當(dāng)研究人員用電流刺激肌肉組織時(shí)，這些肌肉收縮，從而讓機(jī)器人抬起腿；當(dāng)電流消散時(shí)，其腳后跟會向前移動并著地。通過每5秒鐘在左右腿之間交替用電刺激，生物混合機(jī)器人成功地以每分鐘5.4毫米的速度向前“行走”。如需要機(jī)器人轉(zhuǎn)彎，研究人員每5秒鐘反復(fù)電擊右腿，同時(shí)左腿充當(dāng)錨，最終機(jī)器人在62秒鐘內(nèi)完成了90度左轉(zhuǎn)。研究結(jié)果表明，這種肌肉驅(qū)動的兩足機(jī)器人可以行走、停止，并做出有規(guī)則的轉(zhuǎn)彎動作。
研究人員表示，使用肌肉驅(qū)動可以讓機(jī)器人結(jié)構(gòu)更緊湊，并通過柔軟的觸感實(shí)現(xiàn)高效、無聲的運(yùn)動。該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃為兩足機(jī)器人提供關(guān)節(jié)和更厚的肌肉組織，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更有力的運(yùn)動。
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日本研究人員從人類步態(tài)中獲得靈感，將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的肌肉組織和硅橡膠等人造材料結(jié)合在一起，制造了一款可以行走和旋轉(zhuǎn)的兩足機(jī)器人。該方法近日發(fā)表在細(xì)胞出版社旗下刊物《材料》雜志上。
日本東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的這款機(jī)器人是基于此前利用肌肉組織的生物混合機(jī)器人開發(fā)的，肌肉組織已可驅(qū)動機(jī)器人向前爬行、直線游泳和緩慢轉(zhuǎn)彎，但不能急轉(zhuǎn)彎，而能夠旋轉(zhuǎn)和急轉(zhuǎn)彎是機(jī)器人避開障礙物所必需的特性。
為了制造一個(gè)動作更精細(xì)靈活的機(jī)器人，研究人員以上述研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種模仿人類步態(tài)并能在水中操作的生物混合機(jī)器人。該機(jī)器人有一個(gè)泡沫浮標(biāo)頂部和兩條加重的腿，能幫助它在水下直立。機(jī)器人的骨架主要由硅橡膠制成，可以彎曲和繃緊以適應(yīng)肌肉運(yùn)動。然后，研究人員將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的條狀骨骼肌組織連接到硅橡膠和每條腿上。
當(dāng)研究人員用電流刺激肌肉組織時(shí)，這些肌肉收縮，從而讓機(jī)器人抬起腿；當(dāng)電流消散時(shí)，其腳后跟會向前移動并著地。通過每5秒鐘在左右腿之間交替用電刺激，生物混合機(jī)器人成功地以每分鐘5.4毫米的速度向前“行走”。如需要機(jī)器人轉(zhuǎn)彎，研究人員每5秒鐘反復(fù)電擊右腿，同時(shí)左腿充當(dāng)錨，最終機(jī)器人在62秒鐘內(nèi)完成了90度左轉(zhuǎn)。研究結(jié)果表明，這種肌肉驅(qū)動的兩足機(jī)器人可以行走、停止，并做出有規(guī)則的轉(zhuǎn)彎動作。
研究人員表示，使用肌肉驅(qū)動可以讓機(jī)器人結(jié)構(gòu)更緊湊，并通過柔軟的觸感實(shí)現(xiàn)高效、無聲的運(yùn)動。該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃為兩足機(jī)器人提供關(guān)節(jié)和更厚的肌肉組織，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更有力的運(yùn)動。
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