新型人工肌肉：模仿舌頭與象鼻，伸縮彎扭全都行

上海交通大學(xué)機(jī)器人所研究團(tuán)隊(duì)模仿人舌、象鼻等生物組織中的“靜水壓骨骼肌”，設(shè)計(jì)制造了一類氣動(dòng)人工肌肉，可以實(shí)現(xiàn)伸長、彎曲、螺旋、縮短、扭轉(zhuǎn)等多種運(yùn)動(dòng)模態(tài)以及它們的組合，并提出了這種人工肌肉的快速設(shè)計(jì)和制造方法。

相關(guān)成果發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review, NSR），上海交通大學(xué)博士后鄒江為第一作者，上海交通大學(xué)朱向陽教授和谷國迎教授為論文的通訊作者，論文合作者還包括美國麻省理工學(xué)院方絢萊教授。

多模態(tài)氣動(dòng)人工肌肉的工作原理及設(shè)計(jì)、制造方法

人工肌肉是軟體機(jī)器人的關(guān)鍵核心技術(shù)。然而，由于缺乏簡單有效的設(shè)計(jì)與制造方法，現(xiàn)有的人工肌肉通常只能產(chǎn)生單一的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，多模態(tài)人工肌肉的自動(dòng)化設(shè)計(jì)與快速制造一直是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)。

在象鼻、人舌、章魚觸手等生物組織中，存在“靜水壓骨骼肌”，它可以選擇性驅(qū)動(dòng)不同的主動(dòng)肌纖維陣列，從而產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)模態(tài)，包括伸長、縮短、彎曲和扭轉(zhuǎn)等，賦予了生物組織無與倫比的靈巧性。

以此為靈感，研究團(tuán)隊(duì)提出了一類仿肌纖維陣列的多模態(tài)氣動(dòng)人工肌肉。該人工肌肉主要由主動(dòng)彈性體氣球陣列和被動(dòng)彈性體薄膜組成，通過選擇性驅(qū)動(dòng)不同方向的主動(dòng)彈性體氣球，可以產(chǎn)生伸長、彎曲、螺旋、縮短、扭轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)動(dòng)模態(tài)以及它們的組合，比如并聯(lián)的伸長-彎曲-螺旋運(yùn)動(dòng)、并聯(lián)的10個(gè)彎曲運(yùn)動(dòng)、串聯(lián)的伸長-彎曲-螺旋運(yùn)動(dòng)等。

研究者提出了一種平面設(shè)計(jì)和卷曲成型相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了人工肌肉三維結(jié)構(gòu)的快速制造。這種制造方法還賦予了人工肌肉很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，比如，可集成不可拉伸的限制層以實(shí)現(xiàn)縮短或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可組裝柔性電極以實(shí)現(xiàn)自傳感功能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該多模態(tài)氣動(dòng)人工肌肉在軟體機(jī)器人中具有廣泛的應(yīng)用前景，如環(huán)境探測(cè)、抓取或操作物體、管道爬行等。

編輯：jq