绿巨人机器人来了：新型3D打印“合成肌肉”可承受1000倍的自身重量

新研发的人造组织比生物正常肌肉强大三倍，并且可用于创建移自主运作的移动 机器人 。

计算机科学与工程的进步使得机器人比以往任何时候都更为智能与实用。科学家和初创企业都在致力于创新研究以帮助机器人更好地理解人类言语，例如，提升机器人在装配线上的运作效率。

现在，机器人变得越来越强大： 哥伦比亚大学创意机器实验室研究团队开发出了第一种能够像正常肌肉一样可以在机器人中发挥作用的人造组织。该 3D打印 材料可承受重于自身1000倍的重量，是机器人唯一的“ 软执行器 ”，能够在没有外部压缩机或高压设备的帮助下处理高水平的压力。

软执行器是软机器人领域不断扩大发展中出现的一个改变游戏规则的重大突破口。研究人员通过创建模仿正常生物过程的 合成肌肉 ，克服了“仿真机器人的最终障碍之一”。

“ 软机器人”领域致力于开发能够响应简单输入指令而进行延伸、收缩或弯曲的灵活材料。 通过开发用于机器人系统的软型或可变形的结构，研究人员可以帮助机器人更好地掌控物体（甚至细微物体），帮助其与活体生物的相互作用。

然而，在推动软机器人技术实现突破的同时，由于该领域属于跨越了几个不同的工程和材料科学界别的跨学科研究，这对机器人研究既是一个优点，也为其带来了挑战。

与同行研究人员相比，软机器人领域的研究人员的研究工作总是始于较新的领域，越来越多的研究致力于特殊材料的技术辅助制造研究，如医疗器械的合成材料的3D制造，但目前这类实验还处于研究阶段。定义某种软材料为最有用的机器人材料将需要进一步的研究。

软机器人研究也面临着支持改进“硬”机器人技术创新的挑战 ，其中正如哥伦比亚工程大学教授Hod Lipson所指出的，还有很多工作尚未完成。领导这项研究的Lipson说：“我们已经在制造机器人大脑方面取得了长足进步，但对于机器人身体机构的研究仍然较为原始。这是急需解决的一大难题。”

由Lipson及其团队开发的“拼图材料”是3D打印材料，该材料能够响应于低功率刺激而进行推动、拉动、扭转和提升重量等动作。 该低功耗要求标志着哥伦比亚创新与现有软执行器技术之间的关键区别，值得一提的是大部分现有软执行器只能在有空气或液体时才能扩大，而这个过程通常需要大型机器（因此不能将其小型化为仿真机器人尺度）。

哥伦比亚团队的软执行器被通过薄电阻线的电流激活时，可以执行扩展和收缩任务，例如抓住鸡蛋或举起瓶子。在一系列实验中，还显示了执行器是如何像人的二头肌一样运作，并且在机器人中代替电动机发挥作用。

当计算机控制器电将温度加热到80摄氏度时，执行器能够扩展到900％。评估还显示，新材料的“ 伸缩密度 ”每克增加比正常人肌肉强大15倍。

执行器由与微观乙醇颗粒相连的硅橡胶形式产生；该溶液设计特性包括高弹性，易于在低密度条件下制造，这是进行低电压活化所必需的条件。

硅和乙醇的组合使得执行器具有高应变和高应力特性，使其与迄今为止的任何类似的机器人技术区别开来。研究人员还说，执行器可以一千种方式进行成形和重塑-允许它在几乎任何设计中执行运动任务。

哥伦比亚研究是迄今为止商业机器人应用中机器人开发的最灵活、最实惠、最有效的人造组织。该研究由哥伦比亚资助，以色列国防部也为3D打印机器人提供资金支持。之后， 团队将继续致力于目前所做的工作计划包括采用导电材料来代替嵌入式电线，加快材料的响应时间，延长其使用寿命。

在未来的愿景中，哥伦比亚大学的团队认识到他们的工作不仅仅是帮助机器人变得更好、更快、更强壮，而且是更“人性化”。长期来说，他们希望涉及 人工智能 来自动控制软执行器肌肉，这可能是在未来机器人向自然学习，实现逼真的运动的最后一个里程碑。