哥倫比亞大學打造出人造肌肉，讓機器人動作可以像人類一樣靈活

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2019-08-23

哥倫比亞大學工學院的研究團隊近日開發出一種材料，能用來做機器人的人造肌肉，成功讓人型機器人再度朝「類人型」方向接近了一些。

運用這種材料 3D 列印出的人造肌肉不再像以前的裝置一樣，必須仰賴外部壓縮機或高壓設備來動作，就像人類肌肉，這種合成肌肉可做出推、拉、彎曲及扭轉動作，同樣也能輕鬆抬起重物。

要達成類似的行為，人造肌肉必須同時具備高應力及高應變性質，研究團隊指出，過去並沒有發現任何材料能同時具備所有需求，直到現在。

負責人 Hod Lipson 教授表示，近幾年在製造機器人的頭腦上，研究人員已經取得相當大的進步，但機器人的身體卻始終沒有太大改變，這是因為要做出像生物一樣的致動器（actuator），就必須具備靈活性極高的材質，而這是一個非常大的難題。

但研究團隊最終還是克服了這個障礙。

為了做出具高應變、高應力同時低密度的制動器，論文第一作者 Aslan Miriyev 運用一種矽橡膠（silicone rubber）為基體，其中的微泡裡分布著乙醇，最終製造出具備需求的柔軟材質。

這種方式製造出來的柔軟材質，不僅有過去其他材料的高彈性、高應變特性，同時製造過程簡單、成本低廉，使用的材料還非常環保。

透過 3D 列印製造成所需的形狀之後，人造肌肉就能使用薄電阻絲和 8 伏特低功耗的電力驅動，在一系列的機器人應用測試中，人造肌肉都展現出非常好的膨脹收縮能力，當充電加熱到 80°C 時，它能膨脹到原先體積的近 900%。

由於具備非常高的彈性，研究人員發現這樣的人造肌肉在經由電腦自動控制之下，幾乎可以在任何設計執行所需的動作任務。

研究人員 Miriyev 博士認為，這種柔軟材料可以用來做軟性機器人的肌肉，具備推、拉、彎曲、扭轉和搬運重物的人造肌肉，可能會徹底改變現在軟性機器人的設計方式和目標。

「這是至今為止我們開發出最接近自然肌肉的人造材料。」

Lipson 教授指出，在需要與人類接觸相處的領域，運用這類型軟性材料製成的機器人將有很大的發揮空間。與傳統剛性機器人不同，軟性機器人可以複製生物的自然動作，執行需要彈性、充滿細節的任務，在製造產業、醫療照護領域都能提供許多幫助。

團隊未來將持續研究開發，他們的目標是運用導電材料取代嵌入式電線，加速肌肉的反應時間，並增加材料的保質期。

除此之外，Miriyev 博士指出，團隊未來也計畫導入 AI 來學習控制人造肌肉，屆時可能會成為複製人類自然運動的「最後一座里程碑」。

研究的全部結果已經在《Nature Communications》雜誌發表。