想象一下可以向各個(gè)方向扭轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活手術(shù)器械，例如微型章魚手臂，或者可以與生產(chǎn)線上的人類工人密切安全地工作的大型強(qiáng)大的機(jī)器人觸手如何。得益于由智能聚合物材料制成的強(qiáng)壯“肌肉”和敏感“神經(jīng)”的結(jié)合，新一代機(jī)器人工具開始實(shí)現(xiàn)。由智能材料專家?。樱簦澹妫幔睢。樱澹澹欤澹悖耄濉〗淌诤退_爾大學(xué)初級(jí)教授?。牵椋幔睿欤酰悖帷。遥椋澹欤欤铩☆I(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)正在探索這個(gè)令人興奮的軟機(jī)器人領(lǐng)域的基本方面。

在未來的工廠中，人與機(jī)器將并肩工作——和諧地、作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)、必要時(shí)聯(lián)手——就像機(jī)器人一樣同事是血肉之軀。雖然協(xié)作機(jī)器人（“ｃｏｂｏｔｓ”）已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)線上部署，但真正實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與其人類同行的手拉手團(tuán)隊(duì)合作還有一段路要走。問題在于人類同事之間的物理距離，他們的行為與機(jī)器人的行為不同，不遵循可預(yù)測的算法。人類工作者可能會(huì)變得疲倦或分心，結(jié)果可能會(huì)突然甚至不合邏輯地采取行動(dòng)。這對(duì)安全有明顯的影響，并解釋了為什么目前在生產(chǎn)線上使用的機(jī)械臂通常被安置在籠子里。對(duì)于任何靠得太近的人，事情都會(huì)變得危險(xiǎn)。通常，工業(yè)機(jī)器人是大型重型機(jī)器。但它們也強(qiáng)大、快速和敏捷，可用于廣泛的操作，如焊接、組裝、噴漆、堆疊和提升。然而，它們執(zhí)行的動(dòng)作完全由控制它們的程序決定。如果有人擋住他們的路或離他們太近，后果可能很嚴(yán)重。

薩爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)和薩爾布呂肯的機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)中心?。ǎ冢澹停粒≌谘芯啃滦椭悄軝C(jī)器人手臂。“我們的技術(shù)基于智能聚合物系統(tǒng)，使我們能夠創(chuàng)造出比當(dāng)今使用的剛性組件更輕、更靈活、更靈活的新型軟機(jī)器人工具，”Ｓｅｅｌｅｃｋｅ　解釋說。未來這些機(jī)械臂之一的意外推動(dòng)更像是被人類同事推動(dòng)（并且不太可能讓您住院）。

用于這些新型軟機(jī)械臂的材料是一種特殊的聚合物，稱為“介電彈性體”。薩爾布呂肯的研究人員正在使用這種復(fù)合材料制造人造肌肉和神經(jīng)。介電彈性體的特殊性能使開發(fā)受自然界巧妙設(shè)計(jì)啟發(fā)的系統(tǒng)成為可能。這些彈性體可以被壓縮，但隨后可以被拉伸以恢復(fù)其原始形狀。“我們?cè)趶椥泽w的兩側(cè)印刷電極材料。當(dāng)我們施加電壓時(shí)，兩個(gè)電極相互吸引，壓縮聚合物并使其向側(cè)面膨脹，“基于聚合物的自適應(yīng)系統(tǒng)初級(jí)教授?。遥椋澹欤欤铩〔┦空f。研究科學(xué)家從那時(shí)起就一直在?。樱澹澹欤澹悖耄濉〉膱F(tuán)隊(duì)工作２０１６．　因此，彈性體可以像肌肉組織一樣收縮和放松。“我們?cè)谠O(shè)計(jì)執(zhí)行器時(shí)利用了這種特性，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　解釋說。通過精確地改變電場，工程師可以使彈性體執(zhí)行高頻振動(dòng)或連續(xù)可變的彎曲運(yùn)動(dòng)，甚至保持在特定的所需中間位置。

然后研究人員將大量這些小“肌肉”結(jié)合起來，創(chuàng)造出一個(gè)靈活的機(jī)器人手臂。當(dāng)以這種方式組合形成機(jī)器人觸手時(shí)，肌肉之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生模仿章魚手臂的運(yùn)動(dòng)，可以向各個(gè)方向扭轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)。與目前使用的笨重、剛性的機(jī)器人肢體一樣，它們只能在某些方向上執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，這些新的機(jī)器人觸手幾乎可以在任何方向上自由移動(dòng)。Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　和他的博士生?。剩铮瑁幔睿睿澹蟆。校颍澹悖瑁簦臁∽罱凇。遥铮猓铮樱铮妫簟。玻埃玻薄?huì)議上獲得了最佳論文獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)陂_發(fā)基于電介質(zhì)彈性體的觸手原型方面的工作——這只是?。樱澹澹欤澹悖耄濉〗淌谘芯繄F(tuán)隊(duì)獲得的眾多榮譽(yù)之一。該團(tuán)隊(duì)希望在大約一年的時(shí)間內(nèi)完全開發(fā)出觸手原型。

在將智能賦予聚合物材料方面，Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　堪稱專家。他提供控制單元（即機(jī)器人的“大腦”）以智能方式移動(dòng)手臂所需的輸入——這是一項(xiàng)高度復(fù)雜和雄心勃勃的任務(wù)?！斑@些系統(tǒng)比當(dāng)今使用的機(jī)械臂復(fù)雜得多。使用人工智能來控制基于聚合物的組件比控制傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)更具挑戰(zhàn)性，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　解釋道。由于彈性體肌肉也具有傳感器特性，它們可以充當(dāng)系統(tǒng)的神經(jīng)，這意味著機(jī)器人手臂不需要配備額外的傳感器?！皬椥泽w的每一次變形，其幾何形狀的每一次變化都會(huì)導(dǎo)致材料電容的變化，這使團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)閺椥泽w的任何特定變形分配精確的電容值。通過測量電容，

然后可以使用該定量數(shù)據(jù)對(duì)彈性臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確建模和編程。Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　的研究工作重點(diǎn)是開發(fā)可以訓(xùn)練這些新型機(jī)器人觸手以所需方式移動(dòng)和響應(yīng)的智能算法?！拔覀冋噲D揭示導(dǎo)致這些聚合物行為的物理特性。我們知道的越多，我們就能越精確地設(shè)計(jì)算法來控制彈性體肌肉，”Ｒｉｚｚｅｌｌｏ　博士說。

薩爾州正在開發(fā)的技術(shù)將是可擴(kuò)展的。它可用于制造醫(yī)療器械的微型觸手或制造用于工業(yè)應(yīng)用的大型機(jī)械臂。但與當(dāng)今使用的重型機(jī)械臂不同，由智能彈性體制成的機(jī)械臂將輕得多。“我們的機(jī)械臂不需要由電機(jī)或液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)——它們可以簡單地通過施加電流來驅(qū)動(dòng)。彈性體肌肉也可以制成滿足特定應(yīng)用要求的形狀．而且它們消耗的電能很少。根據(jù)電容的不同，流過的電流在微安范圍內(nèi)。這種軟機(jī)器人技術(shù)在未來具有巨大的前景，因?yàn)樗裙?jié)能又制造成本低，　”

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